1. Выбор номинальных первичных токов трансформаторов тока (ТТ) осуществляется с учетом максимальных рабочих токов сторон трансформатора. Схемы соединения ТТ выбираются таким образом, чтобы компенсировать фазовый сдвиг в 30 эл. градусов, характерный для линейных токов сторон с различной схемой соединения обмоток. Схема подключения обмоток реле ДЗТ-11 для рассматриваемого примера показаны на рис. 3. Коэффициенты токораспределения Кток, , Кток, , Кток, I, Кток, II учитывают неравенство токов КЗ в месте повреждения и токов в соответствующих обмотках трансформатора (см. рис. 2).

2. Коэффициент схемы Kсх вычисляется как отношение линейного тока (тока в плече защиты) к току во вторичной обмотке ТТ. В случае, если он имеет неодинаковые значения для различных плеч, то выбирается наибольший из тех, которые контролируются измерительными органами.

3. Расчет числа витков рабочей Wр и уравнительных WУ1, WУ2 обмоток производится в два этапа. На первом вначале определяется расчетное число витков основной стороны Wосн по условиям «тонкой» (Iсз, расч1) и «грубой» (Iсз, расч2) отстроек от броска тока намагничивания. Затем, по условию обеспечения равенства намагничивающих сил при номинальной нагрузке на стороне СН или НН, рассчитывается расчетное число витков W1расч для стороны СН и W2расч – для стороны НН. На втором этапе определяются витки рабочей и уравнительных обмоток реле, расчет которых зависит от схемы включения реле (см. рис. 3). В приведенной схеме на каждое плечо защиты включена только одна из рассматриваемых обмоток. Округление числа витков обмоток проводится таким образом, чтобы получить минимальное значение тока небаланса реле.

4. Расчет тормозной обмотки и определение коэффициента чувствительности производится для 3-х режимов. Первый – КЗ на стороне 10 кВ при параллельной работе на шины 27,5 кВ. Второй и третий при одиночной работе трансформатора при КЗ на стороне НН или СН.

5. При расчете тока небаланса реле токи внешних КЗ приводятся к стороне ВН трансформатора. Учитывается, что регулирование напряжения осуществляется только на стороне ВН.

6. Результирующий ток торможения при КЗ на стороне 10 кВ при параллельной работе вычисляется с учетом торможения токами сторон НН и СН и приводится к обмотке торможения стороны НН трансформатора. При расчете тормозной обмотки Wторм тангенс угла торможения tg при рабочей намагничивающей силе, превышающей 200 А равен 0,75. В противном случае необходимо определить tg` по характеристикам торможения реле ДЗТ-11 исходя из значения максимальной намагничивающей силы расчетной обмотки Fраб, max.

7. Коэффициент чувствительности при параллельной работе трансформаторов определяется отношением намагничивающей силы при металлическом КЗ FВНС, раб к максимальной намагничивающей силе на границе срабатывания Fраб, ср. Последняя определяется по значениям FВНС, раб и намагничивающей силы тороможения FВНС, торм по тормозным характеристикам реле. В остальных режимах коэффициенты чувствительности равны отношению токов КЗ к току срабатывания защиты.

В результате первичного расчета, приведенного в табл. 6, получен крайне низкий коэффициент чувствительности(Кч,ВСН =1), увеличить его можно за счет увеличения рабочей и уменьшения тормозной намагничиваюшей силы. Этого можно добиться за счет увеличения коэффициентов трансформации высокой и средней обмоток. Вторичный расчет, проведенный после выбора соответствующих трансформаторов тока, приведен в табл. 6.1 (получен Кч,ВСН =2.3).

1.6 Расчет защиты обмотки ВН трансформатора от внешних КЗ

Наиболее простой является МТЗ, реализуемая с помощью токовых реле РТ-40. В случае недостаточной чувствительности может быть рекомендована МТЗ КП или МТЗ ПН. Ток срабатывания определяется из отношений

Iсз>= Iраб, max · Kз · Kсз / Kв, I,                        (1)

Iсз>= Iсз, пред · Kотс, с,                            (2)

где     Iраб, max – максимальный рабочий ток на стороне, где установлена защита, для обмотки ВН, может приниматься равным номинальному току обмотки;

Kз =1,2 – коэффициент запаса, учитывающий погрешности;

Kсз – коэффициент самозапуска, для МТЗ КП или МТЗ ПН его принимают равным 1,0, а для МТЗ его значение определяется расчетом. Для приближенной оценки при малой доле двигательной нагрузки принимают 1,5–2,0, при большой доле – 3,0–6,0;

Kв, I=0,8 – коэффициент возврата токового реле.

Iсз, пред – максимальный ток срабатывания защиты предыдущего элемента, приведенный к той стороне, на которой установлена защита. Для рассматриваемого примера согласовывают с МТЗ ввода 27,5 кВ и фидера районной нагрузки.

Kотс, с=1,1 – коэффициент отстройки по селективности.

Коэффициент чувствительности должен быть не меньше нормативных значений и определяется по выражению

Kч, I = 0,87·Imin,к / Iсз,                                    (3)

где Imin,к – минимальный ток трехфазного КЗ в конце защищаемой зоны.

Нормативное значение коэффициента чувствительности для основной зоны защиты Kч, I, О =1,5, для зоны резервирования (в конце смежной линии потребителя) – Kч, I, Р =1,2. Для обмотки ВН основная зона простирается до шин СН и НН.

Ток срабатывания реле определится по формуле

Iср=Iсз ·Kсх / KI,                                                      (4)

где Ксх – коэффициент схемы;

К1 – коэффициент трансформации трансформатора тока. По величине тока срабатывания реле выбирается реле тока.

Ток срабатывания защиты для районной нагрузки:

Iсз>= 11,5·1.2·2/0.8=34.5 А.

Расчет параметров защиты для стороны 10,5 кВ.

Iсз. >= 841·1.2·2/0.8=2523 А,

Iсз. >= 34,5· 1,1 =38 А,

Iсз. = 2560 А,

Коэффициент чувствительности для основной зоны защиты:

КЧ,1, О = 0,87 ·6100/2560 =2,07

Ток КЗ на конце линии фидера районной нагрузки

где UC - напряжение системы. UC=11 кВ.

ZS – полное сопротивление до точки КЗ.

ZS = Zл + ZЛ*

где Zл – сопротивление линии районной нагрузки. Для ААБ-3х70

Zл= Ом/м

ZЛ* – сопротивление линии до шин 10,5 кВ

ZЛ* =

Где IКЗ – ток КЗ на шинах 10,5 кВ,

ZЛ* = Ом;

ZS =2,28+1,04=3,32 Ом;

 кА.

Коэффициент чувствительности для зоны резервирования:

КЧ,1, Р = 0,87 ·1800/1200 =1,4.

Ток срабатывания реле:

Icp= 1200·1/200=6 А.

Расчет параметров защиты для стороны 27.5 кВ.

Ток срабатывания защиты для фидера КС:

Iсз>= 820·1.2·1.5/0.8=1756 А.

Iсз. = 1760 А.

Коэффициент чувствительности для основной зоны защиты:

КЧ,1, О = 0,87 ·1800/1760 =08.

Так как КЧ,1, О < 1,5, поэтому устанавливаем защиту на сумму токов.

Ток срабатывания реле:

Icp= 1760·1/120=14,66 А.

Расчет параметров защиты для стороны 220 кВ.

Iсз. >= 122·1,2·1,5/0,8=274,5 А,

Ток срабатывания предыдущего элемента приведенный к стороне 220 кВ.

На стороне 10,5 кВ равен Iсз, пред = 1200×(11/110)=57,39 А.

На стороне 27,5 кВ равен Iсз, пред = 1760×(27,5/110)=440 А.

Iсз. >= 57,39·1,1=64 А,

Iсз. >=440·1,1=484 А,

Iсз. = 484А

Кч, I= 0,87·1760/484=3,16,

1.6.1 Расчет пусковых органов для МТЗ

Для МТЗ с пусковыми органами для каждой из сторон СН и НН выбираются линейное напряжения срабатывания минимального реле KV1. Выбор производится по условиям возврата реле после отключения внешнего КЗ и отстройки от напряжения самозапуска:

Uсз<= Kснж· Uраб /(Kотс, U · K В, U),                           (5)

Uсз<=0,7·Uраб /Kз, U,                                                        (6)

где     Uраб – номинальное рабочее напряжение в месте установки реле;

Kснж =0,85–0,95 – коэффициент снижения напряжения;

Kз, U =1,2 – коэффициент запаса;

K В, U =1,1–1,2 – коэффициент возврата реле напряжения.

Для фильтр-реле напряжений обратной последовательности KV2 напряжение срабатывания принимается U2, сз=0,06·Uраб.

Коэффициент чувствительности определяются для КЗ в расчетной точке. Для реле напряжения KV1

Kч, U=Uсз · Kв, U / U max,                                (7)

где U max – максимальное напряжение в месте установки защиты.

Коэффициент чувствительности для фильтр-реле KV2

Kч, U2= U2 min /U2 сз,

где U2 min – максимальное напряжение обратной последовательности в месте установки защиты.

Для расчета КЗ на линиях составляются схемы замещения (рис. 6). Параметры в пределах одной схемы необходимо приводить к одному напряжению (ВН, СН или НН) и одному виду замыкания (двухфазному, трехфазному). Для двухфазного КЗ можно принять, что в месте повреждения напряжение обратной последовательности равно половине номинального UN. Для реле напряжений необходимо обеспечить для основной зоны коэффициент чувствительности Kч, U, О = Kч, U2, О =1,5, для зоны резервирования – Kч, U, Р = Kч, U2, Р = 1,2.        

Расчет МТ3 для стороны 110 кВ при К3 на 27,5 кВ.

Uсз<= 0,9·27,5/(1,5 ·1,15) = 14,3 кВ,

Uсз<=0,7·27,5/1,2 = 16 кВ.

Uсз = 14 кВ.

Для реле напряжения КУ 1 КЗ будем рассматривать на расстоянии 3 км от шин

ZK = Z21·l =0,254·3= 0,762 Ом,

Umax = (Uc.max. · ZK)/(Zk +Zтс+Zп) = (28900 *0,762)/(37,84+ 0+0,762) =570,48 В,

Кчуст. Уl= 14000*1,2/ 570,48= 29,45.

Для фильтр – реле КУ2:

U2 сз = 0,06 * 27,5 = 1,65 кВ,

Кчуст. У2 = U2 min / U2 сз = (0,5 * 27,5)/1,65=8,3.

1.7 Расчет уставок защит шин 27,5 кВ

Уставка МТЗ ввода рассчитана по формуле(1), а коэффициент чувствительности – по формуле (3). При этом в качестве рабочего максимального тока принят ток обмотки СН, а минимальный ток двухфазного кз определен для кз на шинах СН (см. рис. 2) с учетом его доли контролируемой ТТ стороны СН понижающего трансформатора.

Уставка срабатывания дистанционной защиты ввода может приниматься равной уставке 3-й ступени дистанционной защиты фидера подстанции Z ДЗ, С = Z У, ДЗ3.

Уставка защиты минимального напряжения Uсз, ЗМН рассчитывается по формуле (5). Коэффициент чувствительности вычисляется по формуле

Kч, U=Uсз, ЗМН / U max, ПП.

Максимальное напряжение при двухфазном КЗ на питающей линии при подпитке от смежной подстанции вычисляется по выражению

Umax, ПП =Umax, С · ZП, max / (ZП, min + ZТС, min + ZП, max),

где ZП, max, ZП,min – сопротивления защищаемой подстанции в режиме минимума и максимума ЭС, приведенные к стороне 27,5 кВ (см. табл. 5);

ZТС, min – минимальное сопротивление тяговой сети между смежными подстанциями.

Для рассматриваемого варианта данных:

ZП, max =2·Z27,5, max·(Uср, С /Uср, В)2 = 2·142,48·(27,5/115)2=16,98 Ом;

ZП, min =2·Z27,5, min·(Uср, С /Uср, В)2 = 2·21,035·(27,5/115)2=2,4 Ом;

ZТС, min =Z22·L22 +Z11·L1+Z22·L21=0,165·40+0,300·20+0,165·20=15,9 Ом.

Umax, ПП =28,9·16,98/(16,98+2,4+15,9)=11,9 кВ,

Kч, U = 14,3/11,9 =1,4.

1.8 Принципиальная схема релейной защиты тягово-понизительного трансформатора 110/27,5/10,5 кв

Схема для трехобмоточного трансформатора 110/35/10 кВ мощностью 25 МВА при наличии на сторонах 110 и 35 кВ сборных шин, а на стороне низшего напряжения сдвоенного реактора. На стороне 110 кВ установлены выключатель и выносные трансформаторы тока, а на стороне 35 кВ – выключатель со встроенными во втулки его трансформаторами тока. Схема может быть принципиально использована, также, для постанций со схемами электрических соединений на стороне высшего напряжения «мостик с выключателем в перемычке и отделителями в цепях трансформаторов» и «два блока с отделителями и неавтоматической перемычкой со стороны линий».

Дифференциальная токовая защита трансформатора выполнена в виде одного комплекта (реле KAW1, KAW2, KAW3) с использованием реле с торможением типа ДЗТ-11, тормозная обмотка которого включена на ток стороны среднего напряжения. При этом предполагается, что при КЗ за реактором обеспечивается требуемый минимальный коэффициент чувствительности (Кч>=1,5).

Следует отметить, что в некоторых случаях в целях повышения чувствительности может потребоваться включение тормозной обмотки реле ДЗТ-11 на сумму токов сторон среднего и низшего напряжений в соответствии с рис 1.9.

Однако при таком включении тормозной обмотки в случае КЗ на стороне низшего напряжения в режиме с отключенным выключателем стороны высшего напряжения торможение будет очень мало либо будет отсутствовать; указанное представляется допустимым, учитывая, как правило, небольшую мощность источника питания со стороны среднего напряжения, снижения тока небаланса в этом режиме (связанное с уменьшением тока КЗ и отсутствием влияния регулирования напряжения под нагрузкой), а также малую вероятность такого режима. При замене выключателя Q1 стороны высшего напряжения обходным выключателем дифференциальная защита переключается с трансформаторов тока ТА1 на трансформаторы тока цепи обходного выключателя с помощью испытательных блоков SG1 и SG2 в схеме защиты трансформатора и соответствующих испытательных токов в схеме панелей переводо.

Защиты от внешних многофазных КЗ выполнены в виде 4 комплектов максимальной токовой защиты с комбинированным пуском напряжения.

Максимальная токовая защита, установленная на стороне высшего напряжения, содержит 3 реле тока-КА3, КА4, КА5, питающихся от трансформаторов тока ТА2 и соединенных в звезду; такое выполнение принято в целях повышения чувствительности к КЗ между 2 фазами на стороне высшего напряжения. Защита предназначена для резервирования отключении КЗ на шинах среднего и высшего напряжений, а также для резервирования основных защит трансформатора. Максимальные токовые защиты, установленные на ответвлениях к 1 и 2 секциям шин низшего напряжения (реле тока КА6, КА7 и КА8, КА9) и питаемые соответственно от трансформаторов тока ТА7 иТА8, предназначены для отключения КЗ на шинах низшего напряжения и для резервирования отключения КЗ на элементах, присоединенных к этим шинам. Пусковые органы напряжения защит питаются соответственно от трансформаторов напряжения 1 и 2 секций шин низшего напряжения.

Защиты расположены в шкафах КРУ выключателей вводов низшего напряжения и с 1 выдержкой времени действует на отключение выключателей ответвлений Q3.Q4.а со второй – на выходные и промежуточные реле KL1-KL5. Последнее выполнено с целью ликвидации КЗ в зоне между выключателем ответвления Q3 или Q4 и трансформаторами тока ТА7 или ТА8, а также для отключения КЗ на секции шин низшего напряжения сопровождающегося отказом выключателя. При отключении выключателя ответвления Q3 (Q4) производится пуск его устройства АПВ, осуществляемыми реле пуска АПВ выключателя Q3 (Q4). Максимальная токовая защита, установленная на стороне среднего напряжения, в целях увеличения защищаемой зоны питается от трансформаторов тока

ТА5, встроенных во втулки 35кВ трансформатора. Защита выполнена с использованием комплекта защит АК1 типа КЗ12. Пусковой орган защиты питается от трансформатора напряжения шин 35 кВ. При отключении выключателя КУ3 или КУ4 контакт соответствующего пускового органа защиты питаемый от трансформаторов тока

ТА7 шунтируется контактом реле «включено» выключателя KQC3.3 или KQC4.3, что необходимо для ликвидации повреждения между выключателем и трансформатором тока. Кроме того этими контактами осуществляется выведение цепи пуска защиты КА3-КА5 от соответствующего органа напряжения при отключении выключателя Q3 или Q4. Точно также осуществляется шунтирование пускового органа защиты АК1 и выведение цепи пуска защиты КА3-КА5 от органа напряжения контактами реле положения «включено» соответственно KQC2.3 и KQC 2.2 при отключении выключателя 35кВ. Схемой предусмотрено действие защиты КА3-КА5 без пускового органа напряжения, шунтироемого цепью из размыкающих контактов KQC2.1, KQC3.1, KQC4.1 в режиме опробывания трансформатора напряжением, подаваемым при включении выключателем Q1.

Библиографический список

1. ГОСТ 27514–87. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ.

2. ГОСТ 2.767–89. Обозначения условные графические в электрических схемах. Реле защиты.

3. Првила устройства электроустановок. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 648

4 Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации: ЦЭ-462/ МПС РФ.-М.: 1997. – 80 с.

5 Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13 А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110–500 кВ: Схемы. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 112 с.

6 Марский В.Е. Параметры тяговых сетей переменного тока // Инструктивно-методические указания, вып. 3/ТЭЛП. – М., 1987.–С. 29–37.

7 Методические указания по расчету защит фидеров контактной сети переменного тока 25 кВ при применении электронных защит УЭЗФМ // Инструктивно-методические указания. Вып.1 /Трансэлектропроект.-М., 1990.–С. 3–29.

8 Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 1982. – 528 с.

9 Фигурнов Е.П. Релейная защита устройств электроснабжения железных дорог. – М.: Транспорт, 1981. – 215 с.

10Оформление текстовых документов: Методические указания/В.А. Болотин, В.В. Ефимов, В.П. Игнатева, Н.В. Фролова; Под общ. ред. В.П. Игнатоевой. – СПб: 1998, ПГУПС. – 46 с

11 Информационные и методические материалы к курсовому проектированию по «Релейной защите» // Локальная сеть кафедры Электроснабжения/ПГУПС:ES_502_2/net/rz/kp.–СПб, 2001

Страницы: 1, 2, 3