Проектирование релейной защиты трансформатора

Федеральное агентство железнодорожного транспорта РФ

Иркутский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Электроснабжение железнодорожного транспорта»

Дисциплина: «Релейная защита»

Курсовая работа

«Проектирование релейной защиты трансформатора»

Выполнил:

студент группы ЭНС-04-1

Иванов А.К.

Проверил:

профессор

Музыка Д.Ф.

Иркутск 2009

СОДЕРЖАНИЕ

 

Реферат

Введение

Исходные данные

Задание

1.  Газовая защита трансформатора

2.  Дифференциальная защита трансформатора

3.  Максимальные токовые защиты трансформатора от внешних коротких замыканий

4.  Максимальная токовая направленная защита

5.  Максимальные токовые защиты от ненормальных режимов

6.  Защита блокировки отделителя

7.  Проверка трансформаторов тока на 10%-ную погрешность

Список литературы

Реферат

В данном курсовом проекте рассчитаны продольная дифференциальная защиты от к.з. в обмотках и на наружных выводах трансформатора, максимальные токовые защиты (МТЗ) – от внешних к.з., максимальная токовая направленная защита – для устранения подпитки к.з. на ЛЭП системы внешнего электроснабжения со стороны тяговой или районной обмотки трансформатора, максимальные токовые защиты для защиты от ненормальных режимов, защита блокировки отделителя. А также сделана проверка трансформаторов тока на 10%–ную погрешность и дано графическое представление защит трансформатора

Введение

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и руководящими указаниями по релейной защите, на трансформаторах устанавливаются защиты от внутренних повреждений, от внешних коротких замыканий (к.з.) и ненормальных режимов. В связи с этим на понижающих трансформаторах тяговых подстанций переменного тока применяются следующие виды защит:

1) Газовая защита – от всех видов повреждений внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также понижением уровня масла. Газовая защита двухступенчатая, действует на сигнал и на отключение трансформатора со всех сторон.

2) Продольная дифференциальная защита – от к.з. в обмотках и на наружных выводах трансформатора.

3) Максимальные токовые защиты (МТЗ) – от внешних к.з.

4) Максимальная токовая направленная защита (МТНЗ) – для устранения подпитки к.з. на ЛЭП системы внешнего электроснабжения со стороны тяговой или районной обмотки трансформатора.

5) Максимальные токовые защиты – для защиты от ненормальных режимов.

6) Защита блокировки отделителя. Защита обеспечивает отключение отделителя в «бестоковую паузу» и выполняется в однофазном однорелейном исполнении с использованием трансформатора тока, устанавливаемого в цепи короткозамыкателя.

Для контроля температуры верхних слоёв масла трансформатора устанавливаются термосигнализаторы, которые производят включение обдува трансформатора при достижении температуры масла +55⁰С.

Для подключения реле МТЗ со стороны 110 кВ и реле дифференциальной защиты используются отдельные обмотки трансформаторов тока (ТА). Другие обмотки ТА используются для подключения всех других защит.

Обмотки ТА класса 0,5 со стороны 27,5 кВ трансформатора используются для подключения счётчиков электрической энергии.

Исходные данные ·  Тип, мощность и напряжение понижающего трансформатора на подстанции:

ТДТНЭ – 25000/110 – 69

115/38,5/27,5.

·  Мощность к.з. на шинах 110 кВ подстанции, МВ*А ( в числителе – в режиме максимума энергосистемы, в знаменателе – в режиме минимума ): 550/350.

·  Выдержка времени фидеров, питающихся от шин 27,5 кВ: 0,5 с.

·  Выдержка времени фидеров, питающихся от шин районной обмотки трансформатора: 0,7 с.

·  Ступень выдержки времени Δt: 0,4 с.

Задание

В данном курсовом проекте надо рассчитать защиты: дифференциальную, максимальную токовую защиту от внешних коротких замыканий, максимальную токовую направленную, от ненормальных режимов, защиту блокировки отделителя для трехобмоточного понижающего трансформатора отпаечной тяговой подстанции переменного тока.

1. Газовая защита трансформатора

Газовое реле реагирует на выделение из трансформатора масла газов в результате разложения масла и изолирующих материалов при возникновении в трансформаторе электрической дуги.

Выбираем газовое реле типа РГЧЗ – 66.

На рисунке 1. Стрелкой указано направление потока масла и газа при внутреннем повреждении трансформатора. Реле состоит из резервуара 1, внутри которого на шарнирах укреплены плоскодонные алюминиевые чашки 2 и3. Рис. 1 Устройство газового реле

В нормальном режиме резервуар полностью заполнен маслом и чашки удерживаются пружинами 4, в горизонтальном положении. При понижении в резервуаре 1 уровне масла из – за вытеснения его газами или течи в баке трансформатора опускается ( под воздействием массы масла, оставшегося в чашках ) сначала верхняя чашка, а затем и нижняя. Подвижные контакты 6 замыкаются с неподвижными 5. При бурном газообразовании поток масла и газов ударяется в лопасть 8, чашка 3 поворачивается и контакты 5 и 6 замыкаются.В зависимости от скорости масла и газов время срабатывания реле 0,05 – 0,5 с.

2. Дифференциальная защита трансформатора

Для выполнения продольной дифференциальной защиты трансформатора используется схема с циркулирующими токами.

Понижающий трансформатор, в отличие от линии или генератора, имеет некоторые специфические особенности, влияющие на выполнение его продольной дифзащиты. К таким особенностям относятся:

1.  наличие броска тока намагничивания трансформатора при включении его под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к.з.;

2.  неравенство токов по вторичным обмоткам трансформаторов тока;

3.  наличие углового сдвига вторичных токов ТА при различных схемах соединения силовых обмоток трансформатора.

Для дифзащиты трансформаторов в нашей стране выпускаются специальные реле серии РНТ и ДЗТ. Для защиты понижающих трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой, которые устанавливаются на тяговых подстанциях переменного тока, применяются в основном реле типа ДЗТ с насыщающимися трансформаторами тока (НТТ) и магнитным торможением.

Задачей расчета дифзащиты трансформатора является определение числа витков различных обмоток дифференциального реле защиты.

1. По заданной мощности трансформатора находим номинальные токи I_н высокой (ВН), средней(СН) и низкой (НН) сторон трансформатора.

I_вн===125,5 А

I_сн==375 А

I_нн==525,2 А

Выбираем типы ТА и определяем их коэффициенты трансформации. При этом, в целях повышения надежности защиты и уменьшения полных погрешностей ТА, целесообразно применять несколько завышенные против расчетных значения коэффициентов трансформации.

Для U_н=115 кВ

ТВ–110-I-150/5

Первичный ток I_1н=150 А

Вторичный ток I_2н=5 А

n_т=150/5=30

Для U_н=38,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=425 А

I_2н=5 А

n_т=425/5=85

Для Uн=27,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=600 А

I_2н=5 А

n_т=600/5=120

Выбираем схемы соединения ТА. Как известно, для компенсации углового сдвига токов ТА со стороны звезды обмоток понижающего трансформатора ТА соединяются в треугольник, а со стороны треугольника – в звезду.

Схемы соединения ТА в дифференциальной токовой отсечке трансформаторов.

Находим вторичные номинальные токи в плечах защиты :

,

где k_сх – коэффициент схемы (k_сх=1 для соединения ТА в звезду и k_сх=

для соединения ТА в треугольник);

n_Т – коэффициент трансформации ТА.

 А,

 А,

А.

2. Выполним расчёты по определению максимальных I_кmax и минимальных I_кmin токов при трехфазном к.з. на стороне тяговой и районной обмоток трансформатора. Эти значения токов к.з. необходимы для отстройки защиты от максимальных токов небаланса I_нб при внешних к.з. и определения коэффициентов чувствительности защит.

Для определения внешних токов к.з. составим схему замещения, включающую сопротивление системы Xs и обмоток понижающего трансформатора Xт.

Расчет токов к.з. произведём при представлении сопротивлений в именованных единицах.

Сопротивление системы в максимальном и минимальном режимах:

, ,

 Ом,  Ом.

Расчетная схема Схема замещения

Определим напряжения к.з. обмоток трансформатора

Uк вн – сн =17%, Uк вн – нн =10,5%, Uк сн – нн =6%

Uкв=0,5(Uкв – н +U кв – с – Uкс – н)=0,5(10,5+17 – 6)=10,75%

Uкс=0,5(Uкв – с +Uкс – н – Uкв – н) =0,5(17+6 –10,5)= 6,25%

Uкн=0,5(Uкв – н+Uкс – н – Uкв – с) =0,5(10,5+6 –17)= - 0,25%

Сопротивление обмоток трансформатора, приведённые к стороне 110 кВ:

, ,

 Ом, Ом,  Ом.

Сопротивления до шин 38,5 и 27,5 кВ в максимальном и минимальном режимах:

Токи к.з., протекающие через защищаемый трансформатор в расчетных режимах, при внешнем трехфазном к.з. в максимальном режиме работы системы - на шинах 38,5 и 27,5 кВ:

.

Приводим к обмотке высокого напряжения

При внутреннем трехфазном к.з. в минимальном режиме работы системы на сторонах 38,5 и 27,5 кВ:

При внутреннем однофазном к.з. в минимальном режиме работы системы на стороне 110 кВ

Для дальнейших расчетов выбираем наибольший ток из двух максимальных токов к.з Iк.мах=3378А и наименьший из двух минимальных токов к.з. .