Державна освітня установа вищої професійної освіти
Петербурзький державний університет
шляхів сполучення
з дисципліни «Релейний захист»
Санкт-Петербург
2006
Введення
У системах електропостачання нерідко виникають короткі замикання та інші ненормальні режими роботи. К.з. виникають внаслідок дефектів, старіння і забруднення ізоляції струмоведучих частин, обриву і схлестиванія проводів при сильному вітрі або ожеледі. Електрична дуга в місці замикання здатна викликати перепалу, оплавлення і руйнування електричного обладнання і розподільних пристроїв, відпал і обрив контактного проводу. Руйнування виявляються тим значніше, чим більше струм в дузі і час її існування. Щоб к.з. не викликало великого збитку, пошкоджене електрообладнання необхідно якомога швидше вимкнути.
Відключення електричної системи здійснюється комутаційними апаратами - високовольтними вимикачами, привід яких забезпечений спеціальним механізмом. Для відключення вимикача необхідно здійснити управлінський вплив на цей механізм.
Автоматичні пристрої, що служать для виявлення к.з. і ненормальних режимів і впливають у необхідних випадках на механізм відключення вимикача або на сигнал, називають релейного захистом.
Мета проекту - придбання навички розрахунку параметрів аварійних режимів і уставок захистів елементів тягового електропостачання електричних залізниць змінного струму напругою 27,5 кВ. У проекті потрібно:
розрахувати уставки захистів на тяговій підстанції для понижувального трансформатора, шин 27,5 кВ і фідерів тягової навантаження;
визначити уставки захистів постів секціонування (ПС) і пунктів паралельного з'єднання (ППЗ) для однієї межподстанціонной зони;
побудувати діаграми селективності і характеристики спрацьовування захистів, а також векторні діаграми аварійних режимів;
розробити функціональні схеми захистів фідерів тягової мережі та алгоритми їх роботи;
вибрати апаратні засоби реалізації функцій захистів;
побудувати принципові схеми захистів трансформатора;
Рекомендований порядок розрахунку уставок захистів.
Аналіз вихідних даних.
Формування розрахункових схем.
Визначення способу захисту і складу захистів.
Обчислення параметрів аварійних режимів.
Розрахунок уставок захистів.
Таблиця 1. Струми короткого замикання на вводах підстанції, кА
Таблиця 2. Параметри районної навантаження
Таблиця 3. Параметри пристроїв тягового електропостачання
Таблиця 4. Параметри понижувального трансформатора
Примітка. Найбільші робочі напруга електрообладнання в мережі 220 кВ складає 252 кВ, а в мережі 110 кВ - 126 кВ.
1. Розрахунок захистів понижувального трансформатора
1.1 Аналіз вихідних даних і прийняті допущення
Схема головних з'єднань представлена на рис. 1. Розрахунок проводиться для завдання з шифром 1-2-4-4-5. Для цього варіанту наведені дані по трансформаторів та навантаженні (див. рис. 1).
Приймаються загальноприйняті допущення для аварійного режиму: коротке замикання (КЗ) металеве трифазне, точка КЗ електрично вилучена, використовується лінійна схема заміщення, параметри 3-х фазної системи симетричні, враховуються режими максимуму і мінімуму енергосистеми (ЕС), поперечні опору і поздовжні активні приймаються рівними нулю, визначаються періодична складова струму КЗ [1]. Приймаємо, що відсутня підживлення точки КЗ великими електродвигунами. В якості методу розрахунку вибираємо наближений метод комплексних величин в іменованих одиницях для симетричних трифазних кіл. При викладених умовах розрахунок проводиться для однієї фази трифазної системи.
1.2 Формування розрахункових схем
Аналізуємо можливі режими роботи понижувальних трансформаторів. На тягових підстанціях змінного струму звичайно передбачається в нормальному режимі робота одного трансформатора. У вимушених режимах, наприклад, при випаданні з роботи суміжної тягової підстанції, а також в особливих режимах нормальної роботи, наприклад, при згущенні поїздів, трансформатори можуть працювати паралельно на шини 27,5 кВ. З урахуванням можливої роботи енергосистеми в режимах мінімуму або максимуму отримуємо 4 розрахункових схеми для визначення струмів КЗ на шинах нижчого (НН) та середнього (СН) напружень. Для розрахунків КЗ при паралельній роботі потрібно визначити опору схеми заміщення окремо для кожної обмотки трансформатора.
Для трансформатора необхідно враховувати також наявність на обмотках ВН пристроїв регулювання напруги і заводський допуск на величину напруги короткого замикання u до [7], [20].
1.3 Визначення способу захисту і складу захистів
Склад захистів трансформаторів залежить від його потужності. Необхідні наступні захисти:
двоступенева газовий захист (ГЗ) з дією першої сходинки на сигнал, а другий на відключення трансформатора з усіх сторін;
диференціальна струмовий захист (ДТЗ) з відбудовою від кидків струму намагнічування при включенні ненавантаженого трансформатора і діюча на відключення всіх вимикачів трансформатора без витримки часу з коефіцієнтом чутливості не менше 2;
максимальна струмовий захист на стороні ВН володіє необхідною чутливістю до КЗ на стороні СН і НН і відключає трансформатор з боку всіх напруг;
захист від перевантаження (МТЗ ПГ), відбудовується від номінального струму навантаження з витримкою часу 9с;
захист від перегріву масла (ЗПМ) з витримкою часу 9 з, що працює на включення обдування трансформатора, з уставкою захисту 0,7 від номінального струму з урахуванням коефіцієнтів надійності і повернення.
Для загальнопромислових трансформаторів [8, 9] рекомендується установка максимальних струмових захистів (МТЗ), при необхідності з комбінованим пуском (МТЗ КП) або пуском по напрузі (МТЗ ПН) на сторонах СН і (або) ПН. З іншого боку, вводи шин тягової навантаження повинні бути обладнані або двоступеневою дистанційної спрямованої захистом, доповненої струмового відсіченням, або двоступеневою захистом, що містить максимальний струмовий і дистанційну захисту.
Приймаємо рішення встановити на вводі шин 27,5 кВ максимальний струмовий і дистанційну захисту з витримками часу 1,2 с. Максимальний струмовий захист на ВН виконуємо з двома витримками часу, перша з дією на відключення введення шин районної навантаження, друга з дією на відключення трансформатора з усіх сторін.
Захист тягових шин зазвичай реалізується на диференціальної захисту, яка контролює струми всіх приєднань шин. У найпростішому випадку для шин встановлюється потенційна захист (ПЗ), частіше званим захистом мінімальної напруги (ЗМН). У розглянутому варіанті шини захищаються захистами введення в РУ 27,5 кВ. Крім того, встановлюємо ЗМН. Ця ж захист повинен спрацьовувати при КЗ на лініях живлять підстанцію, для ліквідації підживлення з тягового мережі з боку суміжної підстанції, тобто виконувати функції захисту від підживлення (ЗПП).
1.4 Обчислення параметрів аварійних режимів
У табл. 5 наведені основні етапи розрахунку.
Примітки до розрахунку:
1. Розрахункові формули в основному приведені для одного трансформатора в режимі максимуму енергосистеми. Схема заміщення наводилася до напруги обмотки ВН. Приведення до інших напруженням здійснювалося через відношення середніх номінальних напруг сторін трансформатора.
2. Розрахунок опорів обмоток трансформатора виконувався для режимів максимуму і мінімуму ЕС. Особливості режиму максимуму: живлять підстанцію лінії навантажені і мають найбільші падіння напруги, а, отже, напруга на обмотках ВН трансформатора мінімально. З метою зниження коефіцієнта трансформації РПН трансформатора встановлює мінімальну отпайка регулювальної обмотки. При цьому змінюються потоки розсіяння і напруга досвіду КЗ трансформатора. У результаті можемо отримати мінімальне значення опору трансформатора, наприклад Z ЗС, min.
3. Струми КЗ в режимі максимуму визначені з припущення, що джерело живлення забезпечує номінальну напругу. У режимі мінімуму передбачається, що напруга джерела живлення підвищується до максимального значення мережі.
Таблиця 5. Розрахунок струмів короткого замикання тягової підстанції
Таблиця 6. Розрахунок диференційної захисту понижувального трансформатора
Петербурзький державний університет
шляхів сполучення
Кафедра "Електропостачання залізниць»
Пояснювальна записка до курсового проектуз дисципліни «Релейний захист»
Санкт-Петербург
2006
Введення
У системах електропостачання нерідко виникають короткі замикання та інші ненормальні режими роботи. К.з. виникають внаслідок дефектів, старіння і забруднення ізоляції струмоведучих частин, обриву і схлестиванія проводів при сильному вітрі або ожеледі. Електрична дуга в місці замикання здатна викликати перепалу, оплавлення і руйнування електричного обладнання і розподільних пристроїв, відпал і обрив контактного проводу. Руйнування виявляються тим значніше, чим більше струм в дузі і час її існування. Щоб к.з. не викликало великого збитку, пошкоджене електрообладнання необхідно якомога швидше вимкнути.
Відключення електричної системи здійснюється комутаційними апаратами - високовольтними вимикачами, привід яких забезпечений спеціальним механізмом. Для відключення вимикача необхідно здійснити управлінський вплив на цей механізм.
Автоматичні пристрої, що служать для виявлення к.з. і ненормальних режимів і впливають у необхідних випадках на механізм відключення вимикача або на сигнал, називають релейного захистом.
Мета проекту - придбання навички розрахунку параметрів аварійних режимів і уставок захистів елементів тягового електропостачання електричних залізниць змінного струму напругою 27,5 кВ. У проекті потрібно:
розрахувати уставки захистів на тяговій підстанції для понижувального трансформатора, шин 27,5 кВ і фідерів тягової навантаження;
визначити уставки захистів постів секціонування (ПС) і пунктів паралельного з'єднання (ППЗ) для однієї межподстанціонной зони;
побудувати діаграми селективності і характеристики спрацьовування захистів, а також векторні діаграми аварійних режимів;
розробити функціональні схеми захистів фідерів тягової мережі та алгоритми їх роботи;
вибрати апаратні засоби реалізації функцій захистів;
побудувати принципові схеми захистів трансформатора;
Рекомендований порядок розрахунку уставок захистів.
Аналіз вихідних даних.
Формування розрахункових схем.
Визначення способу захисту і складу захистів.
Обчислення параметрів аварійних режимів.
Розрахунок уставок захистів.
Вихідні дані
Шифр завдання - 1-2-4-4-1.Таблиця 1. Струми короткого замикання на вводах підстанції, кА
| Режим | Позна- | Перша цифра шифру завдання |
| ЕС | чення. | 1 |
| Максимум | I c, max | 4,1 |
| Мінімум | I c, min | 1,3 |
| Найменування | Позначення | Друга цифра шифру |
| 2 | ||
| Загальна потужність,% | s = S Р.Н / S N | 20 |
| Навантаження фідера, МВА | S Ф, РН | 1,5 |
| Марка дроти фідера | - | AAБ-3 '70 |
| Довжина фідера, км | L Ф, Р.Н | 30 |
| Уставка МТЗ фідера, з | t ф, Р.Н | 1,0 |
| Найменування | Обознач. | Третя цифра шифру завдання | |
| 4 | |||
| Вид тягової мережі | - | ТПО | |
| Відстань, км (Див. рис. 1) | L 21 | 15 | |
| L 1 | 15 | ||
| L 22 | 30 | ||
| Робочий струм, А | введення в РУ 27,5 кВ | I РУ, раб, max | 800 |
| фідера підстанції | I П, раб, max | 710 | |
| фідера ПС | I ПС, раб, max | 350 | |
| ППС | I ППС, раб, max | ||
| Трос груп. заземлення | - | АС-70 | |
| Питомі опору тягової мережі, Ом / км | z 11 | 0,466 | |
| z 21 | 0,414 | ||
| z 22 | 0,25 | ||
| z -1,2 | 0,355 | ||
| z 'p, 2 | 0,059 | ||
| Найменування | Позначення | Четверта цифра шифру завдання | |
| 4 | |||
| Тип трансформатора | - | ТДТНЖ 40000 / 110 У1 | |
| Схеми з'єднання обмоток | - | Уo / Д / Д | |
| Потужність, МВА | S N | 40 | |
| Регулювання вищої напруги,% | ΔU a | ± 16 | |
| Напруги обмоток, кВ | номінальне | U B, N U C, N U H, N | 115 27,5 11,0 |
| максимальне | U B, max U C, max U H, max | 133 28,9 12,0 | |
| мінімальне | U B, min U C, min U H, min | 97 26,2 11 | |
| Напруження досвіду КЗ,% для | середньої напруги | u k, ВС u, ВН u k, СН | 10,5 17,5 6,5 |
| максимального регульованого напруги | u k, У C, + РВ u k, ВН, + РВ | 11,4 19,3 | |
| мінімального регульованого напруги | u k, У C,-РО u k, ВН,-РО | 9,4 17,0 | |
| Втрати, кВТ | досвіду КЗ | P КЗ | 200 |
| досвіду ХХ | P XX | 39 | |
| Відносить. сопротивл. | X * в (1), У | 0,245 | |
1. Розрахунок захистів понижувального трансформатора
1.1 Аналіз вихідних даних і прийняті допущення
Схема головних з'єднань представлена на рис. 1. Розрахунок проводиться для завдання з шифром 1-2-4-4-5. Для цього варіанту наведені дані по трансформаторів та навантаженні (див. рис. 1).
Приймаються загальноприйняті допущення для аварійного режиму: коротке замикання (КЗ) металеве трифазне, точка КЗ електрично вилучена, використовується лінійна схема заміщення, параметри 3-х фазної системи симетричні, враховуються режими максимуму і мінімуму енергосистеми (ЕС), поперечні опору і поздовжні активні приймаються рівними нулю, визначаються періодична складова струму КЗ [1]. Приймаємо, що відсутня підживлення точки КЗ великими електродвигунами. В якості методу розрахунку вибираємо наближений метод комплексних величин в іменованих одиницях для симетричних трифазних кіл. При викладених умовах розрахунок проводиться для однієї фази трифазної системи.
1.2 Формування розрахункових схем
Аналізуємо можливі режими роботи понижувальних трансформаторів. На тягових підстанціях змінного струму звичайно передбачається в нормальному режимі робота одного трансформатора. У вимушених режимах, наприклад, при випаданні з роботи суміжної тягової підстанції, а також в особливих режимах нормальної роботи, наприклад, при згущенні поїздів, трансформатори можуть працювати паралельно на шини 27,5 кВ. З урахуванням можливої роботи енергосистеми в режимах мінімуму або максимуму отримуємо 4 розрахункових схеми для визначення струмів КЗ на шинах нижчого (НН) та середнього (СН) напружень. Для розрахунків КЗ при паралельній роботі потрібно визначити опору схеми заміщення окремо для кожної обмотки трансформатора.
Для трансформатора необхідно враховувати також наявність на обмотках ВН пристроїв регулювання напруги і заводський допуск на величину напруги короткого замикання u до [7], [20].
1.3 Визначення способу захисту і складу захистів
Склад захистів трансформаторів залежить від його потужності. Необхідні наступні захисти:
двоступенева газовий захист (ГЗ) з дією першої сходинки на сигнал, а другий на відключення трансформатора з усіх сторін;
диференціальна струмовий захист (ДТЗ) з відбудовою від кидків струму намагнічування при включенні ненавантаженого трансформатора і діюча на відключення всіх вимикачів трансформатора без витримки часу з коефіцієнтом чутливості не менше 2;
максимальна струмовий захист на стороні ВН володіє необхідною чутливістю до КЗ на стороні СН і НН і відключає трансформатор з боку всіх напруг;
захист від перевантаження (МТЗ ПГ), відбудовується від номінального струму навантаження з витримкою часу 9с;
захист від перегріву масла (ЗПМ) з витримкою часу 9 з, що працює на включення обдування трансформатора, з уставкою захисту 0,7 від номінального струму з урахуванням коефіцієнтів надійності і повернення.
Для загальнопромислових трансформаторів [8, 9] рекомендується установка максимальних струмових захистів (МТЗ), при необхідності з комбінованим пуском (МТЗ КП) або пуском по напрузі (МТЗ ПН) на сторонах СН і (або) ПН. З іншого боку, вводи шин тягової навантаження повинні бути обладнані або двоступеневою дистанційної спрямованої захистом, доповненої струмового відсіченням, або двоступеневою захистом, що містить максимальний струмовий і дистанційну захисту.
Приймаємо рішення встановити на вводі шин 27,5 кВ максимальний струмовий і дистанційну захисту з витримками часу 1,2 с. Максимальний струмовий захист на ВН виконуємо з двома витримками часу, перша з дією на відключення введення шин районної навантаження, друга з дією на відключення трансформатора з усіх сторін.
Захист тягових шин зазвичай реалізується на диференціальної захисту, яка контролює струми всіх приєднань шин. У найпростішому випадку для шин встановлюється потенційна захист (ПЗ), частіше званим захистом мінімальної напруги (ЗМН). У розглянутому варіанті шини захищаються захистами введення в РУ 27,5 кВ. Крім того, встановлюємо ЗМН. Ця ж захист повинен спрацьовувати при КЗ на лініях живлять підстанцію, для ліквідації підживлення з тягового мережі з боку суміжної підстанції, тобто виконувати функції захисту від підживлення (ЗПП).
1.4 Обчислення параметрів аварійних режимів
У табл. 5 наведені основні етапи розрахунку.
Примітки до розрахунку:
1. Розрахункові формули в основному приведені для одного трансформатора в режимі максимуму енергосистеми. Схема заміщення наводилася до напруги обмотки ВН. Приведення до інших напруженням здійснювалося через відношення середніх номінальних напруг сторін трансформатора.
2. Розрахунок опорів обмоток трансформатора виконувався для режимів максимуму і мінімуму ЕС. Особливості режиму максимуму: живлять підстанцію лінії навантажені і мають найбільші падіння напруги, а, отже, напруга на обмотках ВН трансформатора мінімально. З метою зниження коефіцієнта трансформації РПН трансформатора встановлює мінімальну отпайка регулювальної обмотки. При цьому змінюються потоки розсіяння і напруга досвіду КЗ трансформатора. У результаті можемо отримати мінімальне значення опору трансформатора, наприклад Z ЗС, min.
3. Струми КЗ в режимі максимуму визначені з припущення, що джерело живлення забезпечує номінальну напругу. У режимі мінімуму передбачається, що напруга джерела живлення підвищується до максимального значення мережі.
Таблиця 5. Розрахунок струмів короткого замикання тягової підстанції
| Найменування | Значення | Позначення та розрахункові формули | ||||
| параметри трансформатора | Заводський допуск напруги кз | 0,05 | Δu k | |||
| Напруга досвіду кз, що припадає на обмотку,% | 10,75 | u k, B = 0,5 (u k, BH + u k, BC - u k, CH) | ||||
| -0,25 | u k, C = 0,5 (u k, CH + u k, BC - u k, BH) | |||||
| 6,75 | u k, H = 0,5 (u k, BH + u k, CH - u k, BC) = 0,5 (20,0 +6,5-12,5) | |||||
| Номінальна напруга енергосистеми, кВ | 110 | U N | ||||
| Ср.наряженія сторін, кВ | живильної мережі | 115 | U B, cp | |||
| тягової мережі | 27,5 | U C, cp | ||||
| район. навантаження | 10,5 | U H, cp | ||||
| Режим енергосистеми | МАКС | МІН | - | |||
| Включено трансформаторів | 2 | 1 | 2 | 1 | n | |
| Граничні напруги обмоток ВН, кВ | 97 | 126 | U B, min; U B, max | |||
| Опір ЕС, Ом | 16,21 | 51,13 | Z C, min = U B, cp / (1,73 · I C, max) Z C, max = U B, cp / (1,73 · I C, min) | |||
| опір сторін 27,5 кВ, Ом | трансформатора | 21,01 | 47,51 | Z BC, max = U 2 B, max · u k, BC + PO (1 + Δu k) / (100 · S N) Z BC, min = U 2 B, min · u k, BC-PO (1-Δu k) / (100 · S N) | ||
| обмотки СН | 0 | 0 | Z T, C = U 2 B, cp · u k, C / (100 · S N) | |||
| обмотки ВН | 21,01 | 47,51 | Z T, B, min = Z BC, min - Z T, C Z T, B, max = Z BC, max - Z T, C | |||
| від джерела до шин | 27 | 37 | 74,9 | 99 | Z 27,5 min = Z C, min + Z BC, min Z 27,5 min = Z C, min + Z BC, min Z 27,5 max = Z C, max + Z BC, max Z 27,5 max = Z C, max + Z BC, max | |
| опір на стороні 10 кВ, Ом | трансформатора | 38 | 80 | Z BH, min = U 2 B, min · u k, BH-PO (1-Δu k) / (100 · S N) Z BH, max = U 2 Bmax · u k, BH + PO (1 + Δu k) / (100 · S N) | ||
| обмотки НН | 17 | 32 | Z T, H, min = Z BH, min - Z T, B, min = Z T, H, max = Z BH, max - Z T, B, max = | |||
| від джерела до шин | 43,7 | 54 | 107 | 131 | Z 10, min = Z C, min + Z BH, m Z 10, max = Z C, max + Z BH, max | |
| струми короткого замикання, кА | на боці 110 кВ при кз на 27,5 кВ | 2,35 | 1,72 | 0,97 | 0,74 | I BC, max = U N / (1,73 · Z 27,5 min) I BC, max = U N / (1,73 · Z 27,5 min) I BC, min = U B, max / (1,73 · Z 27,5 max) I BC, min = U B, max / (1,73 · Z 27,5 max) |
| на стороні 27,5 кВ | 9,8 | 7,19 | 4,06 | 3,09 | I 27,5, max = I BC, max · U B, cp / U C, cp I 27,5, max = I BC, max · U B, cp / U C, cp I 27,5, min = I BC, min · U B, cp / U C, cp I 27,5, min = I BC, min · U B, cp / U C, cp | |
| на боці 110 кВ при кз на 10 кВ | 1,45 | 1,18 | 0,68 | 0,56 | I BH, max = U N / (1,73 · Z 10 min) I BH, max = U N / (1,73 · Z 10 min) I BH, min = U N / (1,73 · Z 10 max) I BH, min = U N / (1,73 · Z 10 max) | |
| на стороні 10 кВ | 15,9 | 12,9 | 7,4 | 6,1 | I 10, max = I BH, max · U B, cp / U H, cp I 10, max = I BH, max · U B, cp / U H, cp I 10, min = I BH, min · U B, cp / U H, cp I 10, min = I BH, min · U B, cp / U H, cp | |
Таблиця 6. Розрахунок диференційної захисту понижувального трансформатора
| НАЙМЕНУВАННЯ ВИХІДНИХ І РОЗРАХУНКОВИХ ВЕЛИЧИН | ЗНАЧЕННЯ | РОЗРАХУНКОВІ ВИРАЖЕННЯ | |||||
| напруга обмотки, кВ | 110 | 27,5 | 10 | - | |||
| номінальний струм обмоток, А | 201 | 841 | I N = {I B, N; I C, N; I H, N}; I H, N = S N / (1,73 ∙ U H, N) | ||||
| коефіцієнт схеми | 1,73 | 1 | 1 | До сх = {До сх, В; До сх, С; До сх, Н} | |||
| коефіцієнт трансформації ТТ | 60 | 120 | 200 | До i = {До i, В; До i, С; До i, Н}; | |||
| вторинний струм плеча захисту, А | 5.7955 | 7.0 | 10.51 | I B = {I ОСН, В; I 1, В; I 2, В}; I ОСН, В = I B, N ∙ До сх, В / К i, У I 1, В = I B, N ∙ До сх, В / К i, У I 2, В = I B, N ∙ До сх, В / К i, У | |||
| розрахунок робочої обмотки реле ДЗТ-11 за умовою відбудови від кидка струму намагнічення | рекомендований коефіцієнт | 1,2 | - | - | К р = 1,2-1,5 | ||
| відносне опір ЕС | 0,05 | - | - | X * C = Z C, min / (U | |||
| уточнений коефіцієнт відбудови | 0.87 | - | - | K *= 2,1-3,7 ∙ (X * C +1,15 ∙ X * B (1)) | |||
| прийнятий коефіцієнт відбудови | 1,0 | - | - | K = max (K *; 1) | |||
| розрахунковий струм спрацьовування захисту, A | 201 | I СЗ, розр, 1 = К ∙ I 1, N; (I СЗ, розр, 2 = К р ∙ I 1, N) | |||||
| розрахунковий струм спрацювання реле, A | 5.8 | I СР, розр, 1 = I СЗ, розр, 1 · До сх, В / К i, В; I СР, розр, 2 = I СЗ, розр, 2 · До сх, В / К i, У | |||||
| уставка спрацьовування, А | 4,00 | - | - | I СР, ОСН> = I СЗ, розр | |||
| намагнічує сила спрацьовування, А | 100 | - | - | F СР | |||
| розрахункова кількість витків | 25,0 | - | - | W ОСН, розр = F Ср / I СР, ОСН | |||
| прийняте число витків | 25 | - | - | W ОСН <= W Р | |||
| мінімальний струм спрацьовування захисту, A | 139 | - | - | I СЗ, min = F СР · До i, В / (W ОСН · До сх, В) | |||
| розрахунок зрівняльних обмоток | розрахункове | - | 20,7 | 13,8 | W 1, розр = W ОСН · I ОСН, В / I 1, В; W 2, розр = W ОСН · I ОСН, В / I 2, В | ||
| прийняте | - | 21 | 14 | W У1; W У 2 | |||
| похибка ТТ | 0,1 | ε | |||||
| розрахунковий струм короткого замикання | 1450 | - | - | I ВСН, max | |||
| розрахунок струму небалансу паралельної роботи на 27,5 кВ, А | від похибки трансформаторів струму | 145 | - | - | I ' НБ, розр = ε · I ВСН, max | ||
| від регулювання напруги | 116 | - | - | I »НБ, розр = ΔU α · До ТОК, α · I ВСН, max | |||
| від неточності установки витків реле | 10.5 | - | - | I »'НБ, розр = {(W 1, розр-W У1) · До ТОК, 1 / W 1, розр - (W 2, розр-W У2) · До ТОК, 11 / W 2, розр)} · I ВСН, max == {(13,5-14) · 0,5 / 13,5 - (8,2-8) · 1 / 8,2)} · 590 | |||
| сумарний | 272 | - | - | I ВСН, нб = | I 'НБ, розр | + | I »НБ, розр | + | I »'НБ, розр | | |||
| струм гальмування паралельної роботи, А | на сторонах СН та НН | - | 725 | 1450 | I С, Торм = I ВСН, max · До ТОК, 1; I H, Торм = I ВСН, max · До ТОК, 11 | ||
| результуючий | - | - | 967 | I ВСН, Торм = I H, гальм-I С, Торм · I 1В / I 2В | |||
| одиночна робота і кз на 27,5 кВ, А | розрахунковий струм кз | - | 1720 | - | I ЗС, max | ||
| струм небалансу | 422 | - | - | I ЗС, нб = {ε + ΔU α + (W 1, розр-W У1) / W 1, розр)} · I ВС, max | |||
| струм гальмування | - | 1720 | - | I B С, Торм = I ВС, max | |||
| одиночна робота і кз на 10 кВ, А | розрахунковий струм кз | - | - | 1180 | I У H, max | ||
| струм небалансу | 290 | - | - | I У H, нб = {ε + ΔU α + (W 2, розр-W У 2) / W 2, розр)} · I У H, max | |||
| струм гальмування | - | - | 1180 | I BH, Торм = I У H, max | |||
| тангенс кута гальмування | 0,75 | - | - | tgα | |||
| коефіцієнт кута гальмування | 1 | - | - | До ОТС | |||
| розрахунок витків гальмівний обмотки | розрахункове при паралельній роботі | - | 5,2 | W ВСН, Торм = К ОТС · I ВСН, нб ∙ W 2, розр / (I ВСН, Торм · tgα) | |||
| розрахункове для одиночної роботи при кз на 27,5 кВ | - | 6,8 | - | W ЗС, Торм = К ОТС · I ЗС, нб ∙ W 1, розр / (I ЗС, Торм · tgα) | |||
| розрахункове для одиночної роботи при кз на 11 кВ | - | - | 4,5 | W ВН, Торм = К ОТС · I ВН, нб ∙ W 2, розр / (I ВН, Торм · tgα) | |||
| прийняте | - | 7 | - | W Торм> = max (W ВСН, Торм; W ЗС, Торм; W ВН, Торм) | |||
| розрахунок чутливості захисту при 2-фазному кз на стороні 11 кВ в мінімальному режимі при паралельній роботі | розрахунковий струм кз, А | 340 | 340 | 680 | I В, min = I ВСН, min · До ТОК, α I C, min = I ВСН, min · До ТОК, β I H, min = I ВСН, min | ||
| струм плеча захисту, А | 8.53 | 11.34 | 32.8 | I В, РАБ = 0,87 · I В, min · До сх, В / К i, В; I C, РАБ = 0,87 · I C, min · (U В, max / U C, max) · До сх, C / К i, | |||
| робоча намагнічує сила, А | 451 | - | F У HC, РАБ = I В, РАБ ∙ W ОСН + I C, РАБ · W У1 | ||||
| гальмівна намагнічує сила, А | - | 79 | - | F ВСН, Торм = I C, РАБ ∙ W Торм | |||
| робоча намагнічує сила спрацьовування реле, А | 120 | - | - | F РАБ, СР (F У HC, РАБ; F ВСН, Торм) по кривій гальмування реле | |||
| коефіцієнт чутливості | - | - | 3,8 | До Ч, ВСН = F У HC, РАБ / F РАБ, СР | |||
| одиночна робота | мінімальні струми кз, А | - | 740 | 560 | I ВС, min; I ВН, min | ||
| коефіцієнт чутливості | - | 4.6 | 3.5 | До Ч, ВС = 0,87 · I ВС, min / I СЗ, min До Ч, ВН = 0,87 · I ВН, min / I СЗ, min | |||
1.5 Розрахунок установок диференціального захисту трансформатора
Суть розрахунку: забезпечити відокремлення від зовнішніх КЗ на шинах НН і СН у режимі максимуму ЕС, і забезпечити необхідний коефіцієнт чутливості для мінімуму ЕС при КЗ в зоні дії захистів. У даних умовах рекомендується застосування реле ДЗТ-11, що містить гальмівну обмотку і забезпечує відокремлення від зовнішніх КЗ (рис. 4, рис. 5). Найбільш доцільно включити гальмівну обмотку на суму струмів плечей захисту сторін СН та НН. Збільшення числа витків гальмівний обмотки покращує відокремлення від зовнішніх КЗ, але погіршує чутливість захисту при паралельній роботі.
Фактором, що ускладнює розрахунок, є необхідність відбудови від кидків струму намагнічування. На відміну від реле РНТ, реле ДЗТ-11 погано відбудовується від кидків струму намагнічування при включенні ненавантаженого трансформатора. Зазвичай збільшують струм спрацьовування захисту, що веде до зменшення чутливості. Для досягнення компромісу потрібно більш ретельний розрахунок відбудови від кидків струму намагнічування з урахуванням насичення стрижнів магнітопроводу, що характеризується відносним опором X * в (1), В. Частковий розрахунку наведений в табл. 6. Нижче наводяться деякі пояснення до розрахунку.
1. Вибір номінальних первинних струмів трансформаторів струму (ТС) здійснюється з урахуванням максимальних робочих струмів сторін трансформатора. Схеми з'єднання ТТ вибираються таким чином, щоб компенсувати фазовий зсув в 30 ел. градусів, характерний для лінійних струмів сторін з різною схемою з'єднання обмоток. Схема підключення обмоток реле ДЗТ-11 для розглянутого прикладу показані на рис. 3. Коефіцієнти токораспределения К струм, , К струм, , К струм, I, К струм, II враховують нерівність струмів КЗ в місці пошкодження і струмів у відповідних обмотках трансформатора (див. рис. 2).
2. Коефіцієнт схеми K сх обчислюється як відношення лінійного струму (струму у плечі захисту) до струму у вторинній обмотці ТТ. У випадку, якщо він має неоднакові значення для різних плечей, то вибирається найбільший з тих, які контролюються вимірювальними органами.
3. Розрахунок числа витків робочої W р і зрівняльних W У1, W У2 обмоток проводиться в два етапи. На першому спочатку визначається розрахункова кількість витків основної сторони W осн за умовами «тонкої» (I сз, расч1) і «грубої» (I сз, расч2) отстроек від кидка струму намагнічування. Потім, за умови забезпечення рівності намагнічує сил при номінальному навантаженні на стороні СН або ПН, розраховується розрахункова кількість витків W 1расч для сторони СН і W 2расч - для сторони НН. На другому етапі визначаються витки робочої і зрівняльних обмоток реле, розрахунок яких залежить від схеми включення реле (див. рис. 3). У наведеній схемі на кожне плече захисту включена лише одна з розглянутих обмоток. Округлення числа витків обмоток проводиться таким чином, щоб отримати мінімальне значення струму небалансу реле.
4. Розрахунок гальмівний обмотки і визначення коефіцієнта чутливості проводиться для 3-х режимів. Перший - КЗ на стороні 10 кВ при паралельній роботі на шини 27,5 кВ. Другий і третій при одиночній роботі трансформатора при КЗ на стороні НН або СН.
5. При розрахунку струму небалансу реле струми зовнішніх КЗ приводяться до стороні ВН трансформатора. Враховується, що регулювання напруги здійснюється тільки на стороні ВН.
6. Результуючий струм гальмування при КЗ на стороні 10 кВ при паралельній роботі обчислюється з урахуванням гальмування струмами сторін НН і СН і приводиться до обмотки гальмування боку НН трансформатора. При розрахунку гальмівної обмотки W торм тангенс кута гальмування tg при робочій намагничивающей силі, що перевищує 200 А дорівнює 0,75. В іншому випадку необхідно визначити tg `за характеристиками гальмування реле ДЗТ-11 виходячи із значення максимальної намагничивающей сили розрахункової обмотки F раб, max.
7. Коефіцієнт чутливості при паралельній роботі трансформаторів визначається ставленням намагничивающей сили при металевому КЗ F ВНС, раб до максимальної намагничивающей силі на межі спрацьовування F раб, пор. Остання визначається за значеннями F ВНС, раб і намагничивающей сили тороможенія F ВНС, торм по гальмівних характеристик реле. В інших режимах коефіцієнти чутливості рівні відношенню струмів КЗ до струму спрацювання захисту.
У результаті первинного розрахунку, наведеного в табл. 6, отримано вкрай низький коефіцієнт чутливості (До год, ВСН = 1), збільшити його можна за рахунок збільшення робочої і зменшення гальмівної намагнічіваюшей сили. Цього можна домогтися за рахунок збільшення коефіцієнтів трансформації високої і середньої обмоток. Вторинний розрахунок, проведений після вибору відповідних трансформаторів струму, наведено в табл. 6.1 (отримано До год, ВСН = 2.3).
1.6 Розрахунок захисту обмотки ВН трансформатора від зовнішніх КЗ
Найбільш простий є МТЗ, реалізована за допомогою струмових реле РТ-40. У разі недостатньої чутливості може бути рекомендована МТЗ КП або МТЗ ПН Струм спрацьовування визначається з відносин
I сз> = I раб, max · K з · K сз / K в, I, (1)
I сз> = I сз, перед · K відступ, з, (2)
де I раб, max - максимальний робочий струм на стороні, де встановлений захист, для обмотки ВН, може прийматися номінальному струму обмотки;
K з = 1,2 - коефіцієнт запасу, що враховує похибки;
K сз - коефіцієнт самозапуску, для МТЗ КП або МТЗ ПН його приймають рівним 1,0, а для МТЗ його значення визначається розрахунком. Для наближеної оцінки при малій частці рухової навантаження приймають 1,5-2,0, при великій частці - 3,0-6,0;
K в, I = 0,8 - коефіцієнт повернення струмового реле.
I сз, перед - максимальний струм спрацювання захисту попереднього елемента, наведений до тієї сторони, на якій встановлено захист. Для розглянутого прикладу погоджують з МТЗ введення 27,5 кВ і фідера районної навантаження.
K відступ, з = 1,1 - коефіцієнт відбудови по селективності.
Коефіцієнт чутливості повинен бути не менше нормативних значень і визначається за виразом
K ч, I = 0,87 · I min, к / I сз, (3)
де I min, до - мінімальний струм трифазного КЗ в кінці зони, що захищається.
Нормативне значення коефіцієнта чутливості для основної зони захисту K ч, I, О = 1,5, для зони резервування (наприкінці суміжної лінії споживача) - K ч, I, Р = 1,2. Для обмотки ВН основна зона простягається до шин СН та НН.
Струм спрацювання реле визначиться за формулою
I ср = I сз · K сх / K I, (4)
де КСХ - коефіцієнт схеми;
К1 - коефіцієнт трансформації трансформатора струму. За величиною струму спрацювання реле вибирається реле струму.
Струм спрацьовування захисту для районної навантаження:
Iсз> = 11,5 · 1.2 · 2/0.8 = 34.5 А.
Розрахунок параметрів захисту для сторони 10,5 кВ.
Iсз. > = 841 · 1.2 · 2/0.8 = 2523 А,
Iсз. > = 34,5 · 1,1 = 38 А,
Iсз. = 2560 А,
Коефіцієнт чутливості для основної зони захисту:
До Ч, 1, О = 0,87 · 6100/2560 = 2,07
Струм КЗ на кінці лінії фідера районної навантаження
де U C - Напруга системи. U C = 11 кВ.
Z S - повний опір до точки КЗ.
Z S = Z л + Z Л *
де Z л - опір лінії районної навантаження. Для ААБ-3х70
Z л =
Z Л * - опір лінії до шин 10,5 кВ
Z Л * =
Де I КЗ - струм КЗ на шинах 10,5 кВ,
Z Л * =
Z S = 2,28 +1,04 = 3,32 Ом;
Коефіцієнт чутливості для зони резервування:
До Ч, 1, Р = 0,87 · 1800/1200 = 1,4.
Струм спрацювання реле:
Icp = 1200 · 1 / 200 = 6 А.
Розрахунок параметрів захисту для сторони 27.5 кВ.
Струм спрацьовування захисту для фідера КС:
Iсз> = 820 · 1.2 · 1.5/0.8 = 1756 А.
Iсз. = 1760 А.
Коефіцієнт чутливості для основної зони захисту:
До Ч, 1, О = 0,87 · 1800/1760 = 08.
Так як К Ч, 1, О <1,5, тому встановлюємо захист на суму струмів.
Струм спрацювання реле:
Icp = 1760 · 1 / 120 = 14,66 А.
Розрахунок параметрів захисту для боку 220 кВ.
Iсз. > = 122 · 1,2 · 1,5 / 0,8 = 274,5 А,
Струм спрацьовування попереднього елемента наведений до сторони 220 кВ.
На боці 10,5 кВ дорівнює Iсз, перед = 1200 × (11/110) = 57,39 А.
На стороні 27,5 кВ дорівнює Iсз, перед = 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 Розрахунок пускових органів для МТЗ
Для МТЗ з пусковими органами для кожної зі сторін СН та НН вибираються лінійне напруги спрацьовування мінімального реле KV 1. Вибір проводиться за умовами повернення реле після відключення зовнішнього КЗ і відбудови від напруги самозапуску:
U сз <= K снж · U раб / (K відступ, U · K В, U), (5)
U сз <= 0,7 · U раб / K з, U, (6)
де U раб - номінальна робоча напруга в місці встановлення реле;
K снж = 0,85-0,95 - коефіцієнт зниження напруги;
K з, U = 1,2 - коефіцієнт запасу;
K В, U = 1,1-1,2 - коефіцієнт повернення реле напруги.
Для фільтр-реле напруг зворотної послідовності KV 2 напруга спрацьовування приймається U 2, сз = 0,06 · U раб.
Коефіцієнт чутливості визначаються для КЗ в розрахунковій точці. Для реле напруги KV 1
K ч, U = U сз · K в, U / U max, (7)
де U max - максимальне напруження в місці установки захисту.
Коефіцієнт чутливості для фільтр-реле KV 2
K ч, U 2 = U 2 min / U 2 сз,
де U 2 min - максимальна напруга зворотної послідовності в місці установки захисту.
Для розрахунку КЗ на лініях складаються схеми заміщення (рис. 6). Параметри в межах однієї схеми необхідно приводити до одного напрузі (ВН, СН або ПН) і одного виду замикання (двофазна, трифазного). Для двофазного КЗ можна прийняти, що в місці пошкодження напруга зворотної послідовності дорівнює половині номінального U N. Для реле напруги необхідно забезпечити для основної зони коефіцієнт чутливості K ч, U, О = K ч, U 2, О = 1,5, для зони резервування - K ч, U, Р = K ч, U 2, Р = 1,2.
Розрахунок МТ3 для сторони 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 напруги КУ 1 КЗ будемо розглядати на відстані 3 км від шин
Z K = Z 21 · l = 0,254 · 3 = 0,762 Ом,
Umax = (Uc.max. · Z K) / (Zk + Zтс + Zп) = (28900 * 0,762) / (37,84 + 0 +0,762) = 570,48 В,
До Чуст. Уl = 14000 * 1,2 / 570,48 = 29,45.
Для фільтр - реле КУ2:
U2 сз = 0,06 * 27,5 = 1,65 кВ,
До Чуст. У2 = U2 min / U2 сз = (0,5 * 27,5) / 1,65 = 8,3.
1.7 Розрахунок уставок захистів шин 27,5 кВ
Уставка МТЗ введення розрахована за формулою (1), а коефіцієнт чутливості - за формулою (3). При цьому в якості робочого максимального струму прийнятий струм обмотки СН, а мінімальний струм двофазного кз визначений для кз на шинах СН (див. рис. 2) з урахуванням його частки контрольованої ТТ боку СН понижуючого трансформатора.
Уставка спрацьовування дистанційної захисту введення може прийматися рівною уставці 3-м ступенем дистанційної захисту фідера підстанції Z ДЗ, С = Z У, ДЗ3.
Уставка захисту мінімальної напруги U сз, ЗМН розраховується за формулою (5). Коефіцієнт чутливості обчислюється за формулою
K ч, U = U сз, ЗМН / U max, ПП.
Максимальна напруга при двофазному КЗ на лінії живлення при підживленні від суміжної підстанції обчислюється за висловом
U max, ПП = U max, С · Z П, max / (Z П, min + Z ТЗ, min + Z П, max),
де Z П, max, Z П, min - опору захищається підстанції в режимі мінімуму і максимуму ЕС, наведені до сторони 27,5 кВ (див. табл. 5);
Z ТЗ, min - мінімальний опір тягової мережі між суміжними підстанціями.
Для розглянутого варіанту даних:
Z П, max = 2 · Z 27,5, max · (U ср, З / U ср, В) 2 = 2.142, 48 · (27,5 / 115) 2 = 16,98 Ом;
Z П, min = 2 · Z 27,5, min · (U ср, З / U ср, В) 2 = 2.21, 035 · (27,5 / 115) 2 = 2,4 Ом;
Z ТЗ, min = Z 22 · L 22 + Z 11 · L 1 + Z 22 · L 21 = 0,165 · 40 +0,300 · 20 +0,165 · 20 = 15,9 Ом.
U max, ПП = 28,9 · 16,98 / (16,98 +2,4 +15,9) = 11,9 кВ,
K ч, U = 14,3 / 11,9 = 1,4.
1.8 Принципова схема релейного захисту тягово-знижувального трансформатора 110/27, 5 / 10, 5 кв
Схема для триобмоткового трансформатора 110/35/10 кВ потужністю 25 МВА за наявності на сторонах 110 та 35 кВ збірних шин, а на стороні нижчої напруги здвоєного реактора. На боці 110 кВ встановлені вимикач і виносні трансформатори струму, а на стороні 35 кВ - вимикач з вбудованими у втулки його трансформаторами струму. Схема може бути принципово використана, також, для постанцій зі схемами електричних з'єднань на стороні вищої напруги «місток з вимикачем в перемичці і віддільниками в ланцюгах трансформаторів» і «два блоки з віддільниками і неавтоматической перемичкою з боку ліній».
Диференціальна струмовий захист трансформатора виконана у вигляді одного комплекту (реле KAW1, KAW2, KAW3) з використанням реле з гальмуванням типу ДЗТ-11, гальмівна обмотка якого включена на ток боку середньої напруги. При цьому передбачається, що при КЗ за реактором забезпечується необхідний мінімальний коефіцієнт чутливості (Кч> = 1,5).
Слід зазначити, що в деяких випадках з метою підвищення чутливості може знадобитися включення гальмової обмотки реле ДЗТ-11 на суму струмів сторін середнього і нижчого напружень відповідно до рис 1.9.
Однак при такому включенні гальмівний обмотки у разі КЗ на стороні нижчої напруги в режимі з відключеним вимикачем боку вищого напруги гальмування буде дуже мало або буде відсутня; зазначене видається допустимим, враховуючи, як правило, невелику потужність джерела живлення з боку середньої напруги, зниження струму небалансу в цьому режимі (пов'язане зі зменшенням струму КЗ і відсутністю впливу регулювання напруги під навантаженням), а також малу ймовірність такого режиму. При заміні вимикача Q1 боку вищого напруги обхідним вимикачем диференційний захист переключається з трансформаторів струму ТА 1 на трансформатори струму ланцюга обхідного вимикача з допомогою випробувальних блоків SG1 і SG2 у схемі захисту трансформатора і відповідних випробувальних струмів в схемі Панель перекладу.
Захисту від зовнішніх багатофазних КЗ виконані у вигляді 4 комплектів максимального струмового захисту з комбінованим пуском напруги.
Максимальний струмовий захист, встановлена на стороні вищої напруги, містить 3 реле струму-КА3, КА4, КА5, що живляться від трансформаторів струму ТА2 і з'єднаних в зірку; таке виконання прийнято з метою підвищення чутливості до КЗ між 2 фазами на стороні вищої напруги. Захист призначена для резервування відключенні КЗ на шинах середнього і вищого напружень, а також для резервування основних захистів трансформатора. Максимальні струмові захисту, встановлені на відгалуженнях до 1 і 2 секціях шин нижчої напруги (реле струму КА6, КА7 і КА8, КА9) і живляться відповідно від трансформаторів струму ТА7 іТА8, призначені для відключення КЗ на шинах нижчої напруги і для резервування відключення КЗ на елементах , приєднаних до цих шин. Пускові органи напруги захистів харчуються відповідно від трансформаторів напруги 1 і 2 секцій шин нижчої напруги.
Захисту розташовані в шафах КРУ вимикачів вводів нижчої напруги і з 1 витримкою часу діє на відключення вимикачів відгалужень Q3.Q4.а з другої - на вихідні та проміжні реле KL1-KL5. Остання виконано з метою ліквідації КЗ в зоні між вимикачем відгалуження Q3 або Q4 і трансформаторами струму ТА7 або ТА8, а також для відключення КЗ на секції шин нижчої напруги супроводжується відмовою вимикача. При відключенні вимикача відгалуження Q3 (Q4) проводиться пуск його пристрою АПВ, здійснюваними реле пуску АПВ вимикача Q3 (Q4). Максимальний струмовий захист, встановлена на стороні середньої напруги, з метою збільшення зони, що захищається харчується від трансформаторів струму
ТА5, вбудованих у втулки 35кВ трансформатора. Захист виконана з використанням комплекту захистів АК1 типу КЗ12. Пусковий орган захисту харчується від трансформатора напруги шин 35 кВ. При відключенні вимикача Ку3 або КУ4 контакт відповідного пускового органу захисту живиться від трансформаторів струму
ТА7 шунтується контактом реле «включено» вимикача KQC3.3 або KQC4.3, що необхідно для ліквідації пошкодження між вимикачем і трансформатором струму. Крім того цими контактами здійснюється виведення ланцюга пуску захисту КА3-КА5 від відповідного органу напруги при відключенні вимикача Q3 або Q4. Точно також здійснюється шунтування пускового органу захисту АК1 і виведення ланцюга пуску захисту КА3-КА5 від органу напруги контактами реле положення «включено» відповідно KQC2.3 і KQC 2.2 при відключенні вимикача 35кВ. Схемою передбачено дію захисту КА3-КА5 без пускового органу напруги, шунтіроемого ланцюгом з спорогенезів контактів KQC2.1, KQC3.1, KQC4.1 в режимі опробування трансформатора напругою, що подається при включенні вимикачем Q1.
Бібліографічний список
1. ГОСТ 27514-87. Короткі замикання в електроустановках. Методи розрахунку в електроустановках змінного струму напругою понад 1 кВ.
2. ГОСТ 2.767-89. Позначення умовні графічні в електричних схемах. Реле захисту.
3. Пр вила улаштування електроустановок. - М.: Вища школа, 1986. - 648
4 Правила влаштування системи тягового електропостачання залізниць Російської Федерації: ЦЕ-462 / МПС РФ.-М.: 1997. - 80 с.
5 Керівні вказівки з релейного захисту. Вип. 13 А. Релейний захист понижувальних трансформаторів і автотрансформаторів 110-500 кВ: Схеми. - М.: Вища школа, 1985. - 112 с.
6 Марскій В. Е. Параметри тягових мереж змінного струму / / Інструктивно-методичні вказівки, вип. 3/ТЕЛП. - М., 1987.-С. 29-37.
7 Методичні вказівки з розрахунку захистів фідерів контактної мережі змінного струму 25 кВ при застосуванні електронних захистів УЕЗФМ / / Інструктивно-методичні вказівки. Вип.1 / Транселектропроект.-М., 1990.-С. 3-29.
8 Марквардт К. Г. Електропостачання електрифікованих залізниць. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.
9 Фігурне Є. П. Релейний захист пристроїв електропостачання залізниць. - М.: Транспорт, 1981. - 215 с.
10 Оформлення текстових документів: Методичні вказівки / В.А. Болотін, В.В. Єфімов, В.П. Ігнатева, Н.В. Фролова; За заг. ред. В.П. Ігнатоевой. - СПб: 1998, ПГУПС. - 46 с
11 Інформаційні та методичні матеріали до курсового проектування з «релейного захисту» / / Локальна мережа кафедри Електропостачання / ПГУПС: ES_502_2/net/rz/kp.-СПб, 2001
Суть розрахунку: забезпечити відокремлення від зовнішніх КЗ на шинах НН і СН у режимі максимуму ЕС, і забезпечити необхідний коефіцієнт чутливості для мінімуму ЕС при КЗ в зоні дії захистів. У даних умовах рекомендується застосування реле ДЗТ-11, що містить гальмівну обмотку і забезпечує відокремлення від зовнішніх КЗ (рис. 4, рис. 5). Найбільш доцільно включити гальмівну обмотку на суму струмів плечей захисту сторін СН та НН. Збільшення числа витків гальмівний обмотки покращує відокремлення від зовнішніх КЗ, але погіршує чутливість захисту при паралельній роботі.
Фактором, що ускладнює розрахунок, є необхідність відбудови від кидків струму намагнічування. На відміну від реле РНТ, реле ДЗТ-11 погано відбудовується від кидків струму намагнічування при включенні ненавантаженого трансформатора. Зазвичай збільшують струм спрацьовування захисту, що веде до зменшення чутливості. Для досягнення компромісу потрібно більш ретельний розрахунок відбудови від кидків струму намагнічування з урахуванням насичення стрижнів магнітопроводу, що характеризується відносним опором X * в (1), В. Частковий розрахунку наведений в табл. 6. Нижче наводяться деякі пояснення до розрахунку.
1. Вибір номінальних первинних струмів трансформаторів струму (ТС) здійснюється з урахуванням максимальних робочих струмів сторін трансформатора. Схеми з'єднання ТТ вибираються таким чином, щоб компенсувати фазовий зсув в 30 ел. градусів, характерний для лінійних струмів сторін з різною схемою з'єднання обмоток. Схема підключення обмоток реле ДЗТ-11 для розглянутого прикладу показані на рис. 3. Коефіцієнти токораспределения К струм, , К струм, , К струм, I, К струм, II враховують нерівність струмів КЗ в місці пошкодження і струмів у відповідних обмотках трансформатора (див. рис. 2).
2. Коефіцієнт схеми K сх обчислюється як відношення лінійного струму (струму у плечі захисту) до струму у вторинній обмотці ТТ. У випадку, якщо він має неоднакові значення для різних плечей, то вибирається найбільший з тих, які контролюються вимірювальними органами.
3. Розрахунок числа витків робочої W р і зрівняльних W У1, W У2 обмоток проводиться в два етапи. На першому спочатку визначається розрахункова кількість витків основної сторони W осн за умовами «тонкої» (I сз, расч1) і «грубої» (I сз, расч2) отстроек від кидка струму намагнічування. Потім, за умови забезпечення рівності намагнічує сил при номінальному навантаженні на стороні СН або ПН, розраховується розрахункова кількість витків W 1расч для сторони СН і W 2расч - для сторони НН. На другому етапі визначаються витки робочої і зрівняльних обмоток реле, розрахунок яких залежить від схеми включення реле (див. рис. 3). У наведеній схемі на кожне плече захисту включена лише одна з розглянутих обмоток. Округлення числа витків обмоток проводиться таким чином, щоб отримати мінімальне значення струму небалансу реле.
4. Розрахунок гальмівний обмотки і визначення коефіцієнта чутливості проводиться для 3-х режимів. Перший - КЗ на стороні 10 кВ при паралельній роботі на шини 27,5 кВ. Другий і третій при одиночній роботі трансформатора при КЗ на стороні НН або СН.
5. При розрахунку струму небалансу реле струми зовнішніх КЗ приводяться до стороні ВН трансформатора. Враховується, що регулювання напруги здійснюється тільки на стороні ВН.
6. Результуючий струм гальмування при КЗ на стороні 10 кВ при паралельній роботі обчислюється з урахуванням гальмування струмами сторін НН і СН і приводиться до обмотки гальмування боку НН трансформатора. При розрахунку гальмівної обмотки W торм тангенс кута гальмування tg при робочій намагничивающей силі, що перевищує 200 А дорівнює 0,75. В іншому випадку необхідно визначити tg `за характеристиками гальмування реле ДЗТ-11 виходячи із значення максимальної намагничивающей сили розрахункової обмотки F раб, max.
7. Коефіцієнт чутливості при паралельній роботі трансформаторів визначається ставленням намагничивающей сили при металевому КЗ F ВНС, раб до максимальної намагничивающей силі на межі спрацьовування F раб, пор. Остання визначається за значеннями F ВНС, раб і намагничивающей сили тороможенія F ВНС, торм по гальмівних характеристик реле. В інших режимах коефіцієнти чутливості рівні відношенню струмів КЗ до струму спрацювання захисту.
У результаті первинного розрахунку, наведеного в табл. 6, отримано вкрай низький коефіцієнт чутливості (До год, ВСН = 1), збільшити його можна за рахунок збільшення робочої і зменшення гальмівної намагнічіваюшей сили. Цього можна домогтися за рахунок збільшення коефіцієнтів трансформації високої і середньої обмоток. Вторинний розрахунок, проведений після вибору відповідних трансформаторів струму, наведено в табл. 6.1 (отримано До год, ВСН = 2.3).
1.6 Розрахунок захисту обмотки ВН трансформатора від зовнішніх КЗ
Найбільш простий є МТЗ, реалізована за допомогою струмових реле РТ-40. У разі недостатньої чутливості може бути рекомендована МТЗ КП або МТЗ ПН Струм спрацьовування визначається з відносин
I сз> = I раб, max · K з · K сз / K в, I, (1)
I сз> = I сз, перед · K відступ, з, (2)
де I раб, max - максимальний робочий струм на стороні, де встановлений захист, для обмотки ВН, може прийматися номінальному струму обмотки;
K з = 1,2 - коефіцієнт запасу, що враховує похибки;
K сз - коефіцієнт самозапуску, для МТЗ КП або МТЗ ПН його приймають рівним 1,0, а для МТЗ його значення визначається розрахунком. Для наближеної оцінки при малій частці рухової навантаження приймають 1,5-2,0, при великій частці - 3,0-6,0;
K в, I = 0,8 - коефіцієнт повернення струмового реле.
I сз, перед - максимальний струм спрацювання захисту попереднього елемента, наведений до тієї сторони, на якій встановлено захист. Для розглянутого прикладу погоджують з МТЗ введення 27,5 кВ і фідера районної навантаження.
K відступ, з = 1,1 - коефіцієнт відбудови по селективності.
Коефіцієнт чутливості повинен бути не менше нормативних значень і визначається за виразом
K ч, I = 0,87 · I min, к / I сз, (3)
де I min, до - мінімальний струм трифазного КЗ в кінці зони, що захищається.
Нормативне значення коефіцієнта чутливості для основної зони захисту K ч, I, О = 1,5, для зони резервування (наприкінці суміжної лінії споживача) - K ч, I, Р = 1,2. Для обмотки ВН основна зона простягається до шин СН та НН.
Струм спрацювання реле визначиться за формулою
I ср = I сз · K сх / K I, (4)
де КСХ - коефіцієнт схеми;
К1 - коефіцієнт трансформації трансформатора струму. За величиною струму спрацювання реле вибирається реле струму.
Струм спрацьовування захисту для районної навантаження:
Iсз> = 11,5 · 1.2 · 2/0.8 = 34.5 А.
Розрахунок параметрів захисту для сторони 10,5 кВ.
Iсз. > = 841 · 1.2 · 2/0.8 = 2523 А,
Iсз. > = 34,5 · 1,1 = 38 А,
Iсз. = 2560 А,
Коефіцієнт чутливості для основної зони захисту:
До Ч, 1, О = 0,87 · 6100/2560 = 2,07
Струм КЗ на кінці лінії фідера районної навантаження
де U C - Напруга системи. U C = 11 кВ.
Z S - повний опір до точки КЗ.
Z S = Z л + Z Л *
де Z л - опір лінії районної навантаження. Для ААБ-3х70
Z л =
Z Л * - опір лінії до шин 10,5 кВ
Z Л * =
Де I КЗ - струм КЗ на шинах 10,5 кВ,
Z Л * =
Z S = 2,28 +1,04 = 3,32 Ом;
Коефіцієнт чутливості для зони резервування:
До Ч, 1, Р = 0,87 · 1800/1200 = 1,4.
Струм спрацювання реле:
Icp = 1200 · 1 / 200 = 6 А.
Розрахунок параметрів захисту для сторони 27.5 кВ.
Струм спрацьовування захисту для фідера КС:
Iсз> = 820 · 1.2 · 1.5/0.8 = 1756 А.
Iсз. = 1760 А.
Коефіцієнт чутливості для основної зони захисту:
До Ч, 1, О = 0,87 · 1800/1760 = 08.
Так як К Ч, 1, О <1,5, тому встановлюємо захист на суму струмів.
Струм спрацювання реле:
Icp = 1760 · 1 / 120 = 14,66 А.
Розрахунок параметрів захисту для боку 220 кВ.
Iсз. > = 122 · 1,2 · 1,5 / 0,8 = 274,5 А,
Струм спрацьовування попереднього елемента наведений до сторони 220 кВ.
На боці 10,5 кВ дорівнює Iсз, перед = 1200 × (11/110) = 57,39 А.
На стороні 27,5 кВ дорівнює Iсз, перед = 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 Розрахунок пускових органів для МТЗ
Для МТЗ з пусковими органами для кожної зі сторін СН та НН вибираються лінійне напруги спрацьовування мінімального реле KV 1. Вибір проводиться за умовами повернення реле після відключення зовнішнього КЗ і відбудови від напруги самозапуску:
U сз <= K снж · U раб / (K відступ, U · K В, U), (5)
U сз <= 0,7 · U раб / K з, U, (6)
де U раб - номінальна робоча напруга в місці встановлення реле;
K снж = 0,85-0,95 - коефіцієнт зниження напруги;
K з, U = 1,2 - коефіцієнт запасу;
K В, U = 1,1-1,2 - коефіцієнт повернення реле напруги.
Для фільтр-реле напруг зворотної послідовності KV 2 напруга спрацьовування приймається U 2, сз = 0,06 · U раб.
Коефіцієнт чутливості визначаються для КЗ в розрахунковій точці. Для реле напруги KV 1
K ч, U = U сз · K в, U / U max, (7)
де U max - максимальне напруження в місці установки захисту.
Коефіцієнт чутливості для фільтр-реле KV 2
K ч, U 2 = U 2 min / U 2 сз,
де U 2 min - максимальна напруга зворотної послідовності в місці установки захисту.
Для розрахунку КЗ на лініях складаються схеми заміщення (рис. 6). Параметри в межах однієї схеми необхідно приводити до одного напрузі (ВН, СН або ПН) і одного виду замикання (двофазна, трифазного). Для двофазного КЗ можна прийняти, що в місці пошкодження напруга зворотної послідовності дорівнює половині номінального U N. Для реле напруги необхідно забезпечити для основної зони коефіцієнт чутливості K ч, U, О = K ч, U 2, О = 1,5, для зони резервування - K ч, U, Р = K ч, U 2, Р = 1,2.
Розрахунок МТ3 для сторони 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 напруги КУ 1 КЗ будемо розглядати на відстані 3 км від шин
Z K = Z 21 · l = 0,254 · 3 = 0,762 Ом,
Umax = (Uc.max. · Z K) / (Zk + Zтс + Zп) = (28900 * 0,762) / (37,84 + 0 +0,762) = 570,48 В,
До Чуст. Уl = 14000 * 1,2 / 570,48 = 29,45.
Для фільтр - реле КУ2:
U2 сз = 0,06 * 27,5 = 1,65 кВ,
До Чуст. У2 = U2 min / U2 сз = (0,5 * 27,5) / 1,65 = 8,3.
1.7 Розрахунок уставок захистів шин 27,5 кВ
Уставка МТЗ введення розрахована за формулою (1), а коефіцієнт чутливості - за формулою (3). При цьому в якості робочого максимального струму прийнятий струм обмотки СН, а мінімальний струм двофазного кз визначений для кз на шинах СН (див. рис. 2) з урахуванням його частки контрольованої ТТ боку СН понижуючого трансформатора.
Уставка спрацьовування дистанційної захисту введення може прийматися рівною уставці 3-м ступенем дистанційної захисту фідера підстанції Z ДЗ, С = Z У, ДЗ3.
Уставка захисту мінімальної напруги U сз, ЗМН розраховується за формулою (5). Коефіцієнт чутливості обчислюється за формулою
K ч, U = U сз, ЗМН / U max, ПП.
Максимальна напруга при двофазному КЗ на лінії живлення при підживленні від суміжної підстанції обчислюється за висловом
U max, ПП = U max, С · Z П, max / (Z П, min + Z ТЗ, min + Z П, max),
де Z П, max, Z П, min - опору захищається підстанції в режимі мінімуму і максимуму ЕС, наведені до сторони 27,5 кВ (див. табл. 5);
Z ТЗ, min - мінімальний опір тягової мережі між суміжними підстанціями.
Для розглянутого варіанту даних:
Z П, max = 2 · Z 27,5, max · (U ср, З / U ср, В) 2 = 2.142, 48 · (27,5 / 115) 2 = 16,98 Ом;
Z П, min = 2 · Z 27,5, min · (U ср, З / U ср, В) 2 = 2.21, 035 · (27,5 / 115) 2 = 2,4 Ом;
Z ТЗ, min = Z 22 · L 22 + Z 11 · L 1 + Z 22 · L 21 = 0,165 · 40 +0,300 · 20 +0,165 · 20 = 15,9 Ом.
U max, ПП = 28,9 · 16,98 / (16,98 +2,4 +15,9) = 11,9 кВ,
K ч, U = 14,3 / 11,9 = 1,4.
1.8 Принципова схема релейного захисту тягово-знижувального трансформатора 110/27, 5 / 10, 5 кв
Схема для триобмоткового трансформатора 110/35/10 кВ потужністю 25 МВА за наявності на сторонах 110 та 35 кВ збірних шин, а на стороні нижчої напруги здвоєного реактора. На боці 110 кВ встановлені вимикач і виносні трансформатори струму, а на стороні 35 кВ - вимикач з вбудованими у втулки його трансформаторами струму. Схема може бути принципово використана, також, для постанцій зі схемами електричних з'єднань на стороні вищої напруги «місток з вимикачем в перемичці і віддільниками в ланцюгах трансформаторів» і «два блоки з віддільниками і неавтоматической перемичкою з боку ліній».
Диференціальна струмовий захист трансформатора виконана у вигляді одного комплекту (реле KAW1, KAW2, KAW3) з використанням реле з гальмуванням типу ДЗТ-11, гальмівна обмотка якого включена на ток боку середньої напруги. При цьому передбачається, що при КЗ за реактором забезпечується необхідний мінімальний коефіцієнт чутливості (Кч> = 1,5).
Слід зазначити, що в деяких випадках з метою підвищення чутливості може знадобитися включення гальмової обмотки реле ДЗТ-11 на суму струмів сторін середнього і нижчого напружень відповідно до рис 1.9.
Однак при такому включенні гальмівний обмотки у разі КЗ на стороні нижчої напруги в режимі з відключеним вимикачем боку вищого напруги гальмування буде дуже мало або буде відсутня; зазначене видається допустимим, враховуючи, як правило, невелику потужність джерела живлення з боку середньої напруги, зниження струму небалансу в цьому режимі (пов'язане зі зменшенням струму КЗ і відсутністю впливу регулювання напруги під навантаженням), а також малу ймовірність такого режиму. При заміні вимикача Q1 боку вищого напруги обхідним вимикачем диференційний захист переключається з трансформаторів струму ТА 1 на трансформатори струму ланцюга обхідного вимикача з допомогою випробувальних блоків SG1 і SG2 у схемі захисту трансформатора і відповідних випробувальних струмів в схемі Панель перекладу.
Захисту від зовнішніх багатофазних КЗ виконані у вигляді 4 комплектів максимального струмового захисту з комбінованим пуском напруги.
Максимальний струмовий захист, встановлена на стороні вищої напруги, містить 3 реле струму-КА3, КА4, КА5, що живляться від трансформаторів струму ТА2 і з'єднаних в зірку; таке виконання прийнято з метою підвищення чутливості до КЗ між 2 фазами на стороні вищої напруги. Захист призначена для резервування відключенні КЗ на шинах середнього і вищого напружень, а також для резервування основних захистів трансформатора. Максимальні струмові захисту, встановлені на відгалуженнях до 1 і 2 секціях шин нижчої напруги (реле струму КА6, КА7 і КА8, КА9) і живляться відповідно від трансформаторів струму ТА7 іТА8, призначені для відключення КЗ на шинах нижчої напруги і для резервування відключення КЗ на елементах , приєднаних до цих шин. Пускові органи напруги захистів харчуються відповідно від трансформаторів напруги 1 і 2 секцій шин нижчої напруги.
Захисту розташовані в шафах КРУ вимикачів вводів нижчої напруги і з 1 витримкою часу діє на відключення вимикачів відгалужень Q3.Q4.а з другої - на вихідні та проміжні реле KL1-KL5. Остання виконано з метою ліквідації КЗ в зоні між вимикачем відгалуження Q3 або Q4 і трансформаторами струму ТА7 або ТА8, а також для відключення КЗ на секції шин нижчої напруги супроводжується відмовою вимикача. При відключенні вимикача відгалуження Q3 (Q4) проводиться пуск його пристрою АПВ, здійснюваними реле пуску АПВ вимикача Q3 (Q4). Максимальний струмовий захист, встановлена на стороні середньої напруги, з метою збільшення зони, що захищається харчується від трансформаторів струму
ТА5, вбудованих у втулки 35кВ трансформатора. Захист виконана з використанням комплекту захистів АК1 типу КЗ12. Пусковий орган захисту харчується від трансформатора напруги шин 35 кВ. При відключенні вимикача Ку3 або КУ4 контакт відповідного пускового органу захисту живиться від трансформаторів струму
ТА7 шунтується контактом реле «включено» вимикача KQC3.3 або KQC4.3, що необхідно для ліквідації пошкодження між вимикачем і трансформатором струму. Крім того цими контактами здійснюється виведення ланцюга пуску захисту КА3-КА5 від відповідного органу напруги при відключенні вимикача Q3 або Q4. Точно також здійснюється шунтування пускового органу захисту АК1 і виведення ланцюга пуску захисту КА3-КА5 від органу напруги контактами реле положення «включено» відповідно KQC2.3 і KQC 2.2 при відключенні вимикача 35кВ. Схемою передбачено дію захисту КА3-КА5 без пускового органу напруги, шунтіроемого ланцюгом з спорогенезів контактів KQC2.1, KQC3.1, KQC4.1 в режимі опробування трансформатора напругою, що подається при включенні вимикачем Q1.
Бібліографічний список
1. ГОСТ 27514-87. Короткі замикання в електроустановках. Методи розрахунку в електроустановках змінного струму напругою понад 1 кВ.
2. ГОСТ 2.767-89. Позначення умовні графічні в електричних схемах. Реле захисту.
3. Пр вила улаштування електроустановок. - М.: Вища школа, 1986. - 648
4 Правила влаштування системи тягового електропостачання залізниць Російської Федерації: ЦЕ-462 / МПС РФ.-М.: 1997. - 80 с.
5 Керівні вказівки з релейного захисту. Вип. 13 А. Релейний захист понижувальних трансформаторів і автотрансформаторів 110-500 кВ: Схеми. - М.: Вища школа, 1985. - 112 с.
6 Марскій В. Е. Параметри тягових мереж змінного струму / / Інструктивно-методичні вказівки, вип. 3/ТЕЛП. - М., 1987.-С. 29-37.
7 Методичні вказівки з розрахунку захистів фідерів контактної мережі змінного струму 25 кВ при застосуванні електронних захистів УЕЗФМ / / Інструктивно-методичні вказівки. Вип.1 / Транселектропроект.-М., 1990.-С. 3-29.
8 Марквардт К. Г. Електропостачання електрифікованих залізниць. - М.: Транспорт, 1982. - 528 с.
9 Фігурне Є. П. Релейний захист пристроїв електропостачання залізниць. - М.: Транспорт, 1981. - 215 с.
10 Оформлення текстових документів: Методичні вказівки / В.А. Болотін, В.В. Єфімов, В.П. Ігнатева, Н.В. Фролова; За заг. ред. В.П. Ігнатоевой. - СПб: 1998, ПГУПС. - 46 с
11 Інформаційні та методичні матеріали до курсового проектування з «релейного захисту» / / Локальна мережа кафедри Електропостачання / ПГУПС: ES_502_2/net/rz/kp.-СПб, 2001