Релейная защита и автоматика

 

Релейная защита трансформатора ГПП.

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ между фазами электрооборудования и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите, следующие: надежное отключение всех видов повреждений, чувствительность защиты, избирательность (селективность) действия - отключение только поврежденных участков, простота схем, быстродействие, наличие сигнализации о повреждениях.

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: многофазных замыканий в обмотках и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; витковых замыканий в обмотках; токов в обмотках, обусловленных перегрузкой; понижения уровня масла.

1) Дифференциальная защита

Данная защита выполняется на реле РНТ-565 и защищает трансформатор от однофазных КЗ в обмотке и ошиновке трансформатора в зоне ограничения трансформаторами тока. При повреждении в трансформаторе дифференциальная защита дает импульс на отключение выключателей 10 кВ, 110 кВ ввода трансформатора.

2) Максимальная токовая защита (МТЗ)

Эта защита применяется в качестве защиты от внешних коротких замыканий и является резервной по отношению к дифференциальной защите. МТЗ выполняется на переменном оперативном токе в двухфазном исполнении на базе реле РТ-40. Защита выполнена в виде трех комплектов МТЗ с комбинированным пуском по напряжению.

3) Газовая защита

Газовая защита является чувствительной реагирующей на повреждение внутри трансформатора, особенно при витковых замыканиях в обмотках, на которые газовая защита реагирует при замыкании большого числа витков.

Газовая защита также реагирует на повреждения изоляции стянутых болтов и возникновение местных очагов нагрева стали сердечника. Газовая защита срабатывает при достижении скорости движения масла от бака к расширителю от 0,6-0,8 л/с. Защита реагирует на появление газа в кожухе трансформатора и снижение уровня масла. Защита выполняется на базе реле РТЗ-261, которое поставляется с трансформатором. При всех видах повреждений газы, образовавшиеся в результате разложения масла и изоляции проводов, направляются через реле, установленное на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем и вытесняют масло из камеры реле в расширитель. В результате этого уровень масла в газовом реле понижается, установленные в реле поплавки опускаются, а прикрепленные к ним колбочки с ртутными контактами поворачиваются. При этом действует предупреждающий сигнал.

При бурном газообразовании, сопровождающемся течением струи масла под давлением, поворачиваются поплавок и колбочка с контактами. Последние, замыкаясь, действует на отключение выключателя 10 кВ трансформатора, а отключение выключателя 110 кВ короткозамыкателя.

4) Защита от перегрузок

На трансформаторах номинальной мощностью 400 кВА и более, подверженных перегрузкам, предусматривается максимальная токовая защита от токов перегрузки с действием на сигнал с выдержкой времени.

Защита выполняется на базе реле РТ-40 (КА5, КА6) с действием на сигнал, реле включается в цепь трансформатора тока со стороны низшего напряжения.

Исходные данные:

Трансформатор ТДН-10 МВА; 11516%1,5 кВ; ток трехфазного короткого замыкания I_кз=4,67 кА.

Расчет дифференциальной токовой защиты для трансформаторов ГПП.

а) Определение первичных номинальных токов на сторонах силового трансформатора (I_ном1 и I_ном2):

 

, А, (1.94)

 

 А,

 А

и коэффициенты трансформации трансформаторов тока:

 

, А, (1.95)

 А,

, А(1.96)

 А

 

Принимаем стандартные коэффициенты трансформации:

n_Т1=100/5=20, ТВТ-110 (опорные в фарфоровой покрышке);

n_Т2=600/5=120, ТЛМ-10 (с литой изоляцией).

б) Определим вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты:

 

, А, (1.97),

 А,

 А

 

Так как основная сторона дифференциальной защиты принимается по большему значению (i_н1 и i_н2), то в данном случае i_н2> i_н1.

Сторону напряжением 10 кВ принимаем за основную и все расчеты приводим к основной стороне.

в) Выбирается ток срабатывания защиты из условия отстройки:

1) от броска намагничивания

 

I_сз = К_отс × I_нт2, А, (1.98)

 

где К_отс=1,3-1,4 - коэффициент отсечки для РТН-565

 

I_сз = 1,3×550,5=716 А;

 

2) от максимального тока небаланса

 

I_сз = К_отс×I_нб= К_отс× ( ), А, (1.99)

 

где К_отс=1,3 - коэффициент отсечки для РНТ-565.

Составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью (ток намагничивания) трансформаторов тока, питающих дифференциальную защиту определяется по формуле:

 

= К_а·К_одн· e ·I_кмакс, А, (1.100)

= 1×1×0,1×4,67=467 А

 

где К_одн - коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока (К_одн=1);

e - коэффициент, учитывающий 10% погрешность трансформаторов тока (e=0,1);

К_а - коэффициент, учитывающий переходной режим (апериодическая составляющая), (К_а=1 для реле с БНТ);

I_кмакс - максимальное значение тока КЗ за трансформатором, приведенная к основной стороне трансформатора.

Составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора:

 

 А, (1.101)

 

где ±DN = ±16 - полный диапазон регулирования напряжения.

 

 А

 

Составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на коммутаторе реле РНТ расчетного целого числа витков обмоток:

 

,(1.102)

 

где W_1расч., W₁ - соответственное расчетное и установленное число витков обмоток реле РНТ для не основной стороны.

На первом этапе установки дифференциальной защиты I ^{// /}_нб не учитывается, т.е.

 

I_сз = К_отс × I_нб = К_отс· ( ), А, I_сз = 1,3× (467+747,2) =1578,5 А.

 

За расчетную величину тока срабатывания защиты принимаем большее значение между: I_сз (от намагничивания) = 747,2 А, I_сз (от небаланса) = 1578,5 А.

г) Производится предварительная проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне ее действия.

 

К_ч= >2, (1.103)

 

где I_кмин - минимальное значение тока КЗ (обычно двухфазное в зоне защиты)

 

К_ч= = =2,57>2(1.104)

I_{к. мин}=0,87×I_кз, А,

I_{к. мин}=0,87×4670=4063 А.

Так как коэффициент чувствительности больше двух, то расчет можно продолжать.

д) Определяется ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с большим током в плече (основной стороне)

 

I_ср= , А, (1.105)

 

где n_Т, K_сх - берется для основной стороны.

 

I_ср= = 13,15 А(1.106)

 

е) Определяется расчетное число витков обмотки реле основной стороны W_{осн. расч.} = , витков, W_{осн. расч.} = = 7,6 витка.

Полученное число витков обмотки округляем до ближайшего меньшего числа витков, которое можно установить на реле РНТ-565, т.е. W_{осн. расч}= 7 витков.

ж) Определяется число витков обмотки неосновной стороны

 

W _{неосн. расч}= × W_{осн. расч}, витков, (1.107)

 

где i_н1 - вторичный номинальный ток основной стороны;

i_н2 - вторичный номинальный ток другого плеча защиты.

 

W _{неосн. расч}= =6,6 витков.

3) Определяется ток небаланса с учетом I .

 

I = × , А,

I = ×4670=424,5 А

 

е) Повторно определяется первичный ток срабатывания защиты и вторичный ток срабатывания реле:

 

I_сз=1,3 × (467+747,2+424,5) =2130,3 А

I_ср= ×К_сх, А,

I_ср= ×1= 17,7 А.

 

Полученные значения удовлетворяют требованиям, предъявляемые к дифференциальной защите.

Дифференциальная защита трансформаторов выполняется на реле РНТ-565, имеющий быстронасыщающийся трансформатор и уравнительные обмотки с регулирующими резисторами, с помощью которых можно отстраивать действия защиты. Таким образом, обеспечивается повышенная чувствительность защиты.

Расчет максимальной токовой защиты.

Расчет максимальной токовой защиты для трансформатора ГПП МТЗ устанавливается с высшей стороны трансформатора и действует с выдержкой времени при КЗ.

Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условия отстройки (несрабатывания) от перегрузки. Ток перегрузки обычно определяется из рассмотрения 2-х режимов:

1. отключение параллельно работающего трансформатора

 

I_{нагр. макс}=0,8×I_{ном. тр}, (1.108)

I_{нагр. макс}=0,8×50,3=40,2 А. (1.109)

 

2. автоматическое подключение нагрузки при действии АВР

 

I_{нагр. макс}= I₁+ I₂=0,8· (I_{ном. тр1}+ I_{ном. тр2}),

I_{нагр. макс}=0,8× (100,6+100,6) =161 А.

 

Ток срабатывания защиты выбирается по формуле:

I_сз= × I_{раб. макс}, А, (1.110)

 

где К_отс= 1,1-1,2 для реле РТ-40;

К_воз=0,85 - коэффициент возврата реле;

К_зап=2,5 - коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки;

I_сз= × 161=520,9 А.

 

Коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ:

К >1,5,

 

где I_{к. мин} - минимальный ток двухфазного КЗ до трансформатора ГПП.

К =6,6>1,5(1.111)

 

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени t_п защит присоединений, питающихся от трансформатора

 

t_т=t_п+ D t, с,

 

где t_п=0,8 с - выдержка времени защиты, установленной на присоединениях питающихся от данного трансформатора,

Dt=0,5 с - ступень выдержки времени.

 

t_т=0,8+0,5=1,3 с.

 

Расчет защиты от перегрузки.

Защиту от перегрузки осуществляют одним реле РТ-80 с ограниченно зависимой характеристикой. Защита действует на сигнал с выдержкой времени. Ток срабатывания выбирают из условия возврата реле при номинальном токе трансформатора:

 

I_сз= × I_{ном. тр}, А, (1.112)

I_сз= × 50,3= 66 А.(1.113)

 

Время действия защиты от перегрузки выбирается на ступень больше МТЗ:

 

t_пер=t_мтз+Dt, с

t_пер=1,3+0,5=1,8 с.

 

Автоматика и сигнализация.

На подстанциях предусматривается следующая автоматика:

1) Автоматическое включение резерва (АВР). АВР питания или оборудования предусматривают во всех случаях, когда электроснабжение вызывает убытки, значительно превышающие стоимость установки устройства АВР. В случае повреждения одного из трансформаторов, происходит его отключение и автоматическое включение секционного выключателя, чем обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей.

2) Автоматическое повторное включение (АВР) трансформаторов предусматривается для автоматического восстановления их нормальной работы после аварийных отключений, не связанных с внутренними повреждениями трансформатора. АПВ трансформаторов является обязательным на однотрансформаторных подстанциях с односторонним питанием. На двухтрансформаторных подстанциях с односторонним питанием АПВ целесообразно устанавливать в том случае, если отключение одного трансформатора вызывает перегрузку другого и в связи с этим часть потребителей должна отключиться. АПВ позволяет без вмешательства обслуживающего персонала восстановить питание линии после кратковременных КЗ.