1.3 Есептің қойылымын негіздеу
Тұтынушыларға электрэнергиясын жоғарғы сапалы түрде жеткізу, ол біздің мамандықтықтың негізгі мақсаты болса, ал сол жұмысты атқаратын мамандардың жұмысын анағұрлым жеңілдету қазіргі өндірушілердің алдына қойған негізгі мақсаты болып отыр. Жылдан жылға релелік қорғаныстар дамып, функциялары жақсара түсуде. Релелік қорғаныстың жаңа түрлерін зерттей отырып, микропроцессорлық құрылғылар арқылы:
Есептің қойылымы:
- электрэнергияның сапасының барынша жақсы күйінде тұтынушыларға жеткізу үшін, релелік қорғаныстың барлық параметрлерін тартылым және тартылым емес жүйелерде қолдана білу. Бұл әрине белгілі бір жүйені құрап отыр, осы жүйе арқылы электрэнергиясының сапасын жақсартып, тіпті оның бағасын біршама төмендетіп, осы сияқты мәселелерге болжам жасауға көмектесетін релелік қорғаныстың жаңа түрлерін біршама ашып айту.
Қазіргі заманғы электрэнергетиканың мәселелерін зерттеу:
- әуе және кабельдік желілерде үш фазалы, екі фазалы, және екі фазалы жерге қысқа тұйықталу болғанда және қалыпсыз режимдер болған жағдайда қорғаныс іске түсуін өңдеу, олардың сенімді жұмыс істеуі және уақытылы, селективті түрде әрекет етуі жайлы қарастырып, оларға есептеме жүргізу;
Қазіргі заманғы электрэнергетиканың жұмысының сенімділігін арттыру бойынша тәжірибелік тұжырымдар және техникалық шешімдер
- жұмысты жеңілдету мақсатында, басқару және ақпаратты жинау жүйесін жақсарту. Электр есептеу машиналарының көмегімен кірістен келген белгілер мен оқиғаларды көріп, оны есте сақтау құрылғылардың жадына енгізе отырып мәліметтерге қол жетімділікті арттыру;
Электр энергетиканың объектілерінде еңбекті қорғау және экологиялық қауіпсіздік:
- релелік қорғаныстардың көмегі арқылы жарықтандыру шараларын жүргізу мүмкіндігі, тұрмыстық жағдайда болсын, үлкен қосалқы станцияларында (мысалыға, қалқанды қосалқы станциясын жарықтандыру шаралары) болсын қолдана отырып қауіпсіз түрде жұмыс жасау;
Қазіргі заманғы электрэнергетиканың жұмысының тиімділігін арттыру бойынша экономикалық тұжырымдар және шаралар:
- тозған релелік қорғаныс орнына, жаңа автоматты және цифрлық қорғаныс құрылғыларымен және электронды қорғаныс құрылғыларымен алмастыру, оларға кететін шығын және келетін пайданы есептеу [4, 5].
Диплом жұмысының бірінші бөлімін тұжырымдау:
Алғашқы бөлімде жалпы релелік қорғаныстың, соның ішнде микропроцессорлық релелік қорғанысы жайлы жалпы мағлұмат бердім. Халықаралық ең ірі концерндер ABB, General Electric, Siemens, Alstom, баяғыда-ақ электрэнергетика саласында релелік қорғаныс магистратурасын даму жолдарын ғана еамес, барлық электрэенеретика саласында «заңды мода беруші» атанған. Микропроцессорлық релені құру сөзсіз өте тиімді, электрмеханикалық тіпті аналогты электмеханикадан да.пайдалы. Бұл бүткіл техналогиялық үрдістердің құрылысының автоматтандырылуы мүмкіндіктері мен және микропроцес-сорлық реленің параметрлерінің басқарылуымен түсіндіріледі.
2 ЭЛЕКТРОТЕХНИКАЛЫҚ ЕСЕПТЕУЛЕР
2.1 Тарату торап трансформаторының қрғанысының іске қосылу шамаларын есептеу
Проблема повышения коэффициента чувствительности дифференциальных защит трансформаторов является актуальной, так как практика эксплуатации реле показывает, что чувствительность защиты с реле ДЗТ – 11 лишь с трудом удовлетворяет предельным минимальным значениям [9]. Защиты трансформаторов на современных полупроводниковых дифференциальных реле ДЗТ – 21 обладают более совершенной системой отстройки от токов небаланса и бросков тока намагничивания, и как следствие обладают в 3 – 5 раз большей чувствительностью по сравнению с защитами на электромеханических реле ДЗТ – 11 [9].
В
связи с этим в данном проекте рассматривается
модернизация комплекса релейной защиты
трёхобмоточных силовых трансформаторов
на более современные полупроводниковые
реле. Трансформаторы имеют систему
регулирования под нагрузкой (РПН) на
стороне ВН
9×1,783%
номинального и регулирование напряжения
на стороне СН
2×2,25%
номинального (при отключенном
трансформаторе).[8]
Берілу шарттары:
Үш орамды ТДТН – 40000/220/35/6 –У-1 құжаттық мәндері [9]:
Sном
=
40 МВА;
= 230 кВ;
= 35 кВ;
= 6 кВ;
=
10,5%;
= 18%;
= 7%;
= 290 кВт;
=
53 кВт;
= 0,55%.
Определим первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующих его номинальной мощности:
,
(2.1)
где
− номинальная мощность защищаемого
трансформатора, кВА;
− номинальное напряжение высокой,
средней или низкой стороны трансформатора,
кВ.
Рассчитаем ток на стороне ВН:
А.
Рассчитаем ток на стороне СН:
А.
Рассчитаем ток на стороне НН:
А.
В
соответствии со схемой соединения
обмоток силового трансформатора
выбираем схему соединения вторичных
обмоток трансформаторов тока (ТА)
.
При этом устанавливаем в дифференциальные
цепи три реле ДЗТ – 21.
Расчётные коэффициенты ТА определяются по формуле:
,
(2.2)
где
− номинальный расчётный ток на сторонах
защищаемого трансформатора, А;
А − номинальный вторичный ток ТА;
− коэффициент схемы соединения обмоток,
для
;
для
.
На стороне ВН:
.
Округляя до стандартного в большую сторону, можно взять ТА с
.
На стороне СН:
.
Принимаем
.
На стороне НН:
.
Принимаем
.
Определим вторичные токи в плечах защиты:
,
(2.3)
где
− номинальный расчётный первичный ток
на сторонах защищаемого трансформатора,
А;
− коэффициент схемы соединения обмоток
ТА;
− коэффициент трансформации ТА для
данной стороны.
На стороне ВН:
А
.
На стороне СН:
А
.
На стороне НН:
А
.
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на основной стороне определяется выражением:
,
(2.4)
Принимаем
[12]
А.
Расчётный ток ответвления выравнивающих автотрансформаторов тока на неосновных сторонах определяется по формуле:
,
(2.5)
Для стороны СН:
А.
В
связи с тем, что ближайший наименьший
ток ответвления трансреактора равен
3,63А [9], что значительно отличается от
4,1А, то целесообразно включение
выравнивающего автотрансформатора.
Поскольку значение
находится в пределе от 2,5А до 5А, можно
применять как АТ – 31, так и АТ – 32. При
этом подобранный коэффициент трансформации
автотрансформатора, который в максимальной
степени соответствует одному из значений
токов трансреактора, составляет
[9]. Это значение коэффициента соответствует
понижающему автотрансформатору АТ –
32, поскольку
А,
что в свою очередь соответствует
номинальному току ответвления
трансреактора [9]. При использовании АТ
– 32 с таким
вторичные обмотки ТА на стороне СН
следует подключить к входным клеммам
автотрансформатора 1 – 9, а реле ДЗТ –
21 – к выходным клеммам 1 – 7 [9].
Для стороны НН:
А.
Поскольку полученное значение тока практически не отличается от номинального тока ответвления трансформатора [9], то нет необходимости устанавливать выравнивающий автотрансформатор.
Расчётный ток ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения реле определяется по формуле [9]:
,
(2.6)
где
− коэффициент трансформации выравнивающего
трансформатора на стороне, где
осуществляется торможение. Если
автотрансформатора нет, то
.
По формуле 2.6 имеем :
сторона
ВН (основная):
А;
сторона
СН,
,
А;
сторона
НН,
,
А.
На основании [9] выбираем номинальный ток, равный или ближайший меньший расчётного, и номер принятого ответвления приставки и промежуточных трансформаторов тока цепи торможения:
-
для стороны ВН:
А;
-
для стороны СН:
А
-
для стороны НН:
А
Торможение
осуществляется на всех сторонах силового
трансформатора, тогда выбор уставки
«начало торможения» производится по
выражению
Первичный тормозной ток определяется
по формуле:
,
(2.7)
где
;
− коэффициенты токораспределения
соответственно для сторон ВН, СН, НН в
расчётном нагрузочном режиме.
Можно
условно считать, что расчётный режим
соответствует номинальному току в
обмотках ВН и токам в обмотках СН и НН
с коэффициентами
А.
Определение тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения
Ток небаланса в режиме, соответствующем началу торможения определяется по формуле:
,
(2.8)
Составляющая тока небаланса от погрешности трансформатора тока определяется по формуле:
(2.9)
где
− коэффициент, учитывающий апериодическую
составляющую;
− коэффициент, учитывающий однотипность
трансформаторов;
− относительное значение погрешности
трансформаторов тока.
Составляющая тока небаланса от регулирования коэффициента трансформации защищаемого трансформатора определяется по формуле:
,
(2.10)
где
−
относительная погрешность, обусловленная
регулированием напряжения на стороне
ВН;
− коэффициент токораспределения,
отражающий долю тока КЗ, протекающего
по обмотке ВН в расчётном режиме внешнего
КЗ;
− относительная погрешность, обусловленная
регулированием напряжения на стороне
СН;
− коэффициент токораспределения,
отражающий долю тока КЗ, протекающего
по обмотке СН в расчётном режиме внешнего
КЗ.
Определим составляющую тока небаланса от несовпадений расчётных токов и номинальных токов используемых ответвлений автотрансформаторов тока по формуле:
(2.11)
где,
− расчётные значения токов на неосновных
сторонах для выбора схемы включения
автотрансформаторов тока или трансреактора
реле ДЗТ – 21;
− номинальные токи принятых ответвлений.
Первичный минимальный ток срабатывания защиты ДЗТ – 21 определяется из двух основных условий [9]:
отстройки от расчётного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения:
,
(2.12)
где
− коэффициент отстройки.
отстройки от тока небаланса переходного режима при внешнем коротком замыкании:
(2.13)
За основу для настройки принимается большее из этих двух значений.
По первому условию
А.
По второму условию
А.
Тогда
за основу для настройки реле принимается
А.
Ток срабатывания чувствительного органа реле устанавливается специальным пусковым сопротивлением. Значение этого тока определяется по формуле [9]:
,
(2.14)
где − коэффициент трансформации трансформатора тока для расчётной стороны; − коэффициент схемы для расчётной стороны.
Расчётной
стороной, то есть стороной, для которой
взяты все величины в выражении, принимается
та неосновная сторона, где ток принятого
ответвления трансформатора или
автотрансформатора, то есть
в максимальной степени отличается от
расчётного, то есть от
.
В данном случае такой стороной является
сторона НН, тогда:
А.
В
формуле ток
,
определённый для напряжения 115кВ,
привоooдится
к 6,3 кВ.
Коэффициент
торможения
выбирается из условия недействия защиты
от тока небаланса при внешнем трёхфазном
КЗ в максимальном режиме работы системы.
,
(2.15)
где
− коэффициент отстройки;
А − максимальный ток внешнего трёхфазного
короткого замыкания (на шинах НН);
− расчётный ток небаланса, определяемый
по формулам (2.8), (2.9), (2.10), (2.11) для тока
внешнего трёхфазного КЗ в максимальном
режиме. При этом рекомендуется принимать
,
а
.
Полученное расчётное значение выставляется на реле ДЗТ – 21 при помощи переменного резистора.
Большая эффективность тормозных свойств реле ДЗТ – 21 при наличии апериодических составляющих в токе КЗ может дать отрицательные результаты [9]. Для обеспечения надёжности и уменьшения времени действия реле при больших кратностях тока КЗ в защищаемой зоне, в том же комплекте ДЗТ – 21 предусмотрена дифференциальная токовая отсечка, то есть дифференциальная защита без отстройки от апериодической составляющей и без тормозных свойств. Первичный ток срабатывания дифференциальной токовой отсечки определяется как наибольший из двух условий:
отстройки от броска тока намагничивания:
,
(2.16)
где − коэффициент трансформации трансформатора тока для стороны ВН; − коэффициент схемы для стороны ВН.
А.
отстройки от тока небаланса при внешнем трёхфазном КЗ:
Расчётный
ток небаланса определяем по выражению
(2.8), но с большим коэффициентом
:
Тогда
А.
Таким образом, лимитирующей является отстройка от броска тока намагничивания, и для настройки реле принимается первичный ток 1912,2А.
Чувствительность дифференциальной защиты на полупроводниковом реле ДЗТ – 21 не проверяется, так как она заведомо выше требуемой согласно ПУЭ [12].
Чувствительность дифференциальной токовой отсечки не определяется, так как она является вспомогательным элементом.
Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных коротких замыканий на стороне НН, выполненной в виде максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению.
Защита выполняется двумя полупроводниковыми токовыми реле РСТ–11, которые присоединяются к трансформаторам тока, соединённым в неполную звезду и установленным в цепи ответвления к выключателю НН. Пусковые органы напряжения выполняются посредством полупроводникового фильтр-реле напряжения обратной последовательности РСН − 13 и минимального реле напряжения типа РСН–17, присоединённых к трансформатору напряжения (TV), установленному на шинах НН.
Ток срабатывания защиты определяется по формуле:
,
(2.17)
где
− коэффициент надёжности;
− коэффициент возврата (для реле типа
РСТ – 11);
− номинальный ток защищаемого
трансформатора, приведённый к стороне
низкого напряжения;
А, тогда:
А.
Ток срабатывания реле определяется по формуле:
,
(2.18)
где
− коэффициент схемы;
− коэффициент трансформации ТА;
− ток срабатывания защиты, определённый
по выражению (2.17).
А.
Первичное напряжение срабатывания фильтр-реле напряжения обратной последовательности определяется из условия отстройки от напряжения небаланса в нагрузочном режиме [9]:
,
(2.19)
где
− номинальное междуфазное напряжение;
− коэффициент трансформации трансформатора
напряжения.
Поскольку
,
то напряжение срабатывания реле РСН –
13 будет равно:
В.
Первичное
напряжение срабатывания минимального
реле напряжения определяется из условия
отстройки от напряжения самозапуска
двигателей при действии АВР и может
быть принято
,
то есть для реле РСН – 17 это составит
70 В.
Защита действует последовательно на отключение выключателя НН и затем на выходные реле защиты, отключающие трансформатор со всех сторон, то есть выполняется с двумя выдержками времени:
,
(2.20)
,
где
с − максимальная выдержка времени
защит; присоединений к шинам НН
трансформатора;
с − ступень выдержки времени.
с;
.
Чувствительность
максимальной токовой защиты (МТЗ) по
току при двухфазном КЗ в минимальном
режиме на шинах НН оценивается
коэффициентом чувствительности
,
который определяется по выражению:
,
(2.21)
где
− ток двухфазного КЗ на шинах НН в
минимальном режиме (табл. 3.1), приведённый
к напряжению 6,6 кВ.
.
Согласно ПУЭ значение коэффициента чувствительности для МТЗ от сверхтоков не должно быть менее 1,5, то есть защита от сверхтоков по чувствительности проходит.
Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных коротких замыканий на стороне СН, выполненной в виде максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению
Ток срабатывания защиты:
А;
Ток срабатывания реле:
А.
Определим чувствительность МТЗ от сверхтоков на стороне СН в соответствии с формулой 4.22:
.
Согласно ПУЭ защита МТЗ от сверхтоков на стороне СН проходит по чувствительности.
Рассматриваемая защита имеет, как правило, 3 выдержки времени и действует последовательно на отключение секционного выключателя шин СН, на отключение выключателя СН трансформатора и на отключение трансформатора со всех сторон (на выходные промежуточные реле):
,
(2.22)
или
,
выбирается большее,
где
− максимальная выдержка времени защит
присоединений к шинам СН трансформатора.
,
.
В
соответствии с данными о защитах
присоединений
с, тогда:
с,
или
с, принимаем 2,5 с;
с;
с.
Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных коротких замыканий на стороне ВН, выполненной в виде максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению. Считая, что защищаемый трансформатор имеет двухстороннее питание, вторичные обмотки трансформаторов тока соединяются в звезду. При этом будем использовать три реле тока типа РСТ – 11. Так же, как и на сторонах НН и СН, применяем защиту с комбинированным пуском по напряжению. При этом в качестве пусковых органов используются реле напряжения, установленные на сторонах СН и НН [9]. Защита выполняется с одной выдержкой времени и действует на выходные промежуточные реле для отключения трансформатора со всех сторон. На основании формул (2.17) и (2.18) для МТЗ от сверхтоков на стороне ВН получим:
Ток срабатывания защиты:
А;
Ток срабатывания реле:
А.
Выдержка времени принимается равной наибольшей из выдержек времени МТЗ, установленных на сторонах НН и СН, то есть:
с.
Чувствительность защиты оценивается при двухфазном КЗ на шинах НН и СН при работе в минимальном режиме [9]. Из сопоставления токов видно, что лимитирующим (минимальным) будет режим КЗ на шинах НН, тогда:
,
то есть согласно ПУЭ защита МТЗ от сверхтоков на стороне ВН проходит по чувствительности.
Обычно выполняются МТЗ от перегрузки с независимой выдержкой времени. Защита выполняется полупроводниковыми реле РСТ–11, включенным на ток одой фазы. На трёхобмоточных трансформаторах с двухсторонним питанием эти защиты устанавливаются со всех сторон. Реле тока устанавливаются во вторичные цепи тех же ТА, которые обеспечивают работу МТЗ от многофазных КЗ. Защита действует на сигнал.
Ток срабатывания защиты определяется по формуле:
,
(2.23)
где
− коэффициент надёжности;
− коэффициент возврата;
− номинальный ток защищаемого
трансформатора, приведённый к стороне,
где установлена защита.
Ток срабатывания реле определяем в соответствии с выражением (2.18).
Для стороны НН:
А;
А.
Для стороны СН:
А;
А.
Для стороны ВН:
А;
А.
При выборе устройств релейной защиты необходим расчет параметров срабатывания защит трансформаторов.
Защита от повреждения на конце линии
Желінің соңындағы ақауларға желінің соңында немесе қорғайтын объекте ажыратқыштар арасында және ток трансформаторларының шығысында пайда болатын қысқа тұйықталулар.
Осындай жағдайлар 3.5 – суретінде келтірілген. Ақаулар ток трансформаторларымен салыстырғанда шина жақ беттерде қалыптасқан , сондықтан фидерлердегі зақымдану деп қарастырылып, фидерлерді қорғау түрінде анықталынады. Ол тек шина қорғанысыда бола алады. Бірақта, фидер ажыратқышының ағытуға беретін бұйрығы ақауларды толығымен жоя алмайды, себебі желіні қоректендіру қарама-қайсы беттен жүргізілгендіктен. Сондықтан токтың ағуы ажыратқышты ағытқанменде тоқтамайды.
Желінің соңындағы ақаулардан қорғайтын релелік қорғаныс қарама-қайсы беткеде ағытуға бұйрық беруі тиіс. Осы мақсатта шығу бұйрығы “BF EndFlt TRIP” белгі беруші ауыстырып˗қосу мүмкіндігі имеет возможность переключать устройство передачи сигнала (например, линия электропередачи, радиопередача или оптоволокно) – если это возможно, с другими передающимися командами или (при использовании цифровой передачи сигнала) в качестве команды для интерфейса защиты.
Повреждение на конце линии определяется, когда ток протекает, хотя промежуточный контакты выключателя показывают, что выключатель отключен.
Дополнительным критерием служит наличие любого сигнала инициирующего УРОВ. Функциональная схема приведена на Рис. 2-36. Если УРОВ инициировано и определено протекание тока, но ни один полюс выключателя не отключен критерий промежуточных контактов, тогда запускается таймер. По окончанию этой выдержки времени сигнал отключения
передается на противоположный конец (концы) защищаемого объекта.
Рисунок 2-36 Схема работы защиты от повреждения на конце линии
Задачей контроля несоответствия полюсов является определение несоответствия положения трех полюсов выключателя. В устойчивом состоянии все три полюса выключателя должны быть отключены или включены.
Несоответствие проявляется только в короткий интервал времени во время цикла однофазного АПВ. Функциональная схема приведена на Рис. 2-37. Сигналы, обрабатываемые при этом те же, что и для УРОВ. Несоответствие полюсов определяется в том случае, если хотя бы один из полюсов включен (“ любой полюс включен”), но в то же время не все полюса включены (“любой полюс отключен”).
Кроме того, имеет место токовый критерий. Несоответствие полюсов может быть определено только в том случае, если ток не протекает через все три полюса (<3), а, например, только через один или два. Когда ток протекает через все три полюса, то все три полюса должны быть включены, даже если промежуточные контакты выключателя показывают разные положения.
Если определено несоответствие полюсов, то в каждой фазе выдается “сигнал определения повреждения”. Этот сигнал идентифицирует отключенный полюс, который был причиной команды на отключение от контроля несоответствия полюсов выключателя.
Рисунок 3.6 Функциональная схема контроля несоответствия фаз