МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВО «ОГУ имени И.С. Тургенева»

Институт вечерне-заочного обучения

Кафедра «Электрооборудование и энергосбережение»

РАСЧЕТНО – ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

на тему «Расчет релейной защиты понижающего двухобмоточного трансформатора»

по дисциплине «Автоматизация управления системами электроснабжения»

Вариант: 9

Выполнил студент Новиков Денис Константинович

Шифр 130402 Группа 2-ЭО(з)-М № зачетной книги

Подпись _________________

Проверил к.э.н., доцент Комаристый Александр Семенович

Отметка о зачете ____________ Дата сдачи _______________

Подпись _________________

Орёл, 2017

Содержание

1 Задание на расчетно – графическую работу 2

2 Расчет дифференциальной защиты 4

3 Расчет максимальной токовой защиты (МТЗ) с пуском напряжения трансформаторов 14

4 Защита трансформатора от перегрузки 17

Список используемой литературы 19

1 Задание на расчетно – графическую работу

Выполнить расчет дифференциальной защиты, максимальной токовой защиты и защиты от перегрузки трансформатора, технические характеристики которого представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Технические характеристики двухобмоточного трансформатора ТРДН-32000/150

UВН, кВ	UНН, кВ	РХ, кВт	РК, кВт	UК, %	IХ, %	ΔUРПН, %	Uк min, %	Uк max, %	ХСmin, Ом	ХСmax, Ом
158	6,3; 10,5	35	145	10,5	0,7	±12	10,86	10,14	22,6	17,9

Трансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) в нейтрали высшего напряжения в пределах ±16 % номинального.

Исходная схема (а) и схема замещения прямой и обратной последовательности (б) приведены на рисунке 1.

(а) (б)

Рисунок 1. Исходная схема (а) и схема замещения (б)

2 Расчет дифференциальной защиты

Сопротивления защищаемого трансформатора рассчитываются при двух крайних положениях регулятора (РПН). При крайних положениях переключателя РПН абсолютное значение напряжения обмотки ВН изменяется в диапазоне, определяемом по формулам:

(2.1)

(2.2)

где U_ср.ВН – номинальное напряжение обмотки ВН, соответствующее среднему положению переключателя РПН (равна 158 кВ), кВ;

ΔU_РПН – максимально возможный диапазон регулирования напряжения трансформатора, о.е.

Подставив числовые значения в формулы (2.1) – (2.2), получим:

Реально возможный диапазон регулирования напряжения в сетях 158 кВ должен быть не больше ±10 % от номинального значения напряжения сети (158 кВ), т.е. 143 кВ – для минимального режима и 173 кВ – для максимального режима [1, 2]. Следовательно, весь диапазон регулятора РПН ΔU_РПН = ±12 % практически не может быть использован, так как вряд ли может возникнуть необходимость держать на шинах ВН питающей подстанции напряжение значительно ниже номинального и тем более выше допустимого. При этом принимается допущение, что напряжение u_к между обмотками для минимального и максимального значений регулируемого напряжения (в зависимости от положения переключателя РПН) не изменяется [2], что сильно загрубляет релейную защиту трансформатора.

Уточненный расчет токов короткого замыкания проводится путем определения значений u_к.min и u_к.max для реального диапазона изменения напряжения в сети 158 кВ.

Переключатель РПН с диапазоном регулирования ±12 % имеет 9 ответвлений в положительную сторону и 9 ответвлений в отрицательную сторону. Каждому ответвлению соответствует изменение напряжения α = 16/9 = 1,78%.

Абсолютное значение изменения напряжения, соответствующее одной ступени регулирования, определяется по выражению:

(2.3)

Напряжению U_max.ВН = 177 кВ соответствует ответвление с номером:

(2.4)

Ближайшее целое число номера положительного ответвления N₊ = +7.

Этому ответвлению соответствует максимальное напряжение трансформатора:

(2.5)

Аналогично, напряжению U_min.ВН = 139 кВ соответствует ответвление с номером:

(2.6)

Ближайшее целое число номера отрицательного ответвления N_- = -7.

Ему соответствует минимальное напряжение трансформатора:

(2.7)

Напряжение короткого замыкания трансформатора (u_к) на всех промежуточных ответвлениях N можно определить исходя из линейной интерполяции между значениями u_к при среднем (номинальном) и соответствующем крайнем ответвлении [3]:

(2.8)

(2.9)

где u_к.ср – напряжение между обмотками для среднего значения регулируемого напряжения (при среднем положении переключателя РПН), % (справочное значение) [2];

u_к.min – напряжение между обмотками для минимального значения регулируемого напряжения (при крайнем нижнем положении переключателя РПН), %;

u_к.max – напряжение между обмотками для максимального значения регулируемого напряжения (при крайнем верхнем положении переключателя РПН), %;

N_кр – номер крайнего ответвления, N_кр = 9;

Расчет значений сопротивления трансформатора с учетом влияния РПН согласно известной методике выполняется по выражениям [3, 4]:

(2.10)

(2.11)

где S_{ном.тр-ра} – номинальная мощность трансформатора, МВ·А;

Расчет токов короткого замыкания на стороне ВН 158 кВ производится по формулам:

(2.12)

(2.13)

где X_C.min, X_C.max – сопротивления питающей системы соответственно в минимальном и максимальном режимах, Ом, причем X_C.min > X_C.max;

Первичный ток на сторонах защищаемого трансформатора, соответствующий номинальной мощности, определяется по формуле:

(2.14)

Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, вычисляется по выражению:

(2.15)

где K_I – коэффициент трансформации трансформатора тока;

k_сх – коэффициент схемы (при соединении трансформаторов тока в треугольник , при соединении трансформаторов тока в неполную звезду k_сх = 1).

Результаты расчета первичных и вторичных токов сторон ВН и НН, соответствующих номинальной мощности трансформатора приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Расчет первичных и вторичных токов сторон ВН и НН, соответствующих номинальной мощности трансформатора

Наименование величины	Результаты расчетов
	158 кВ	10,5 кВ
Первичный ток на сторонах защищаемого трансформатора, соответствующий его номинальной мощности, А	117,07	1761,3
Схема соединения трансформаторов тока	Δ	Y
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	300/5	2500/5
Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, А	3.37	3.52

Первичный расчетный ток небаланса I_{нб.расч.} без учета составляющей , обусловленной неточностью установки на насыщающемся трансформаторе тока (НТТ) реле расчетного числа витков при рассматриваемом внешнем коротком замыкании в точке К1 (рис. 1), определяется по формуле:

(2.16)

где - составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока, А;

- составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора, А.

Составляющая , вычисляется по выражению:

(2.17)

где k_пер. – коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока); для реле серии РНТ-565, имеющего НТТ с короткозамкнутой обмоткой, принимается равным 1;

k_одн. – коэффициент однотипности трансформатора тока (при внешних КЗ на сторонах, где защищаемый трансформатор имеет одно соединение, принимается равным 1);

ε – относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний (при 10 % погрешности принимается равным 0,1);

Составляющая , вычисляется по выражению:

(2.18)

где ΔU_РНП - погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора. рекомендуется принимать равным половине суммарного (полного) диапазона регулирования напряжения на соответствующей стороне трансформатора (ΔU_РНП = 0,12);

Подставив полученные значения в выражение (2.16), вычислим:

Предварительно определяем первичный ток срабатывания защиты:

- по условию отстройки от расчетного максимального первичного тока небаланса I_{нб.расч.} без учета составляющей :

(2.19)

где k_отс. – коэффициент отстройки, учитывающий погрешности реле, ошибки расчета и необходимый запас (принимается равным 1,3);

- по условию отстройки от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора под напряжение:

(2.20)

где k - коэффициент, используемый при отстройке защиты от броска намагничивающего тока. в ориентировочных расчетах принимается равным 1 - 1,3 (принимаем равным 1,3);

k_выг. - коэффициент выгодности, представляющий собой отношение электромагнитной мощности автотрансформатора к его проходной мощности (для трансформатора принимается равным 1);

Расчетной для выбора тока срабатывания является отстройка от максимального тока небаланса при внешнем КЗ I_с.з. = 385.6 А.

Произведем предварительную проверку чувствительности в соответствии с методикой, приведенной в [2].

Расчетным по чувствительности является короткое замыкание между двумя фазами на стороне НН в точке К₂ в минимальном режиме работы питающей системы и при максимальном сопротивлении трансформатора.

Минимальное значение периодической составляющей суммарного тока КЗ в защищаемой зоне, приведенного к стороне основного питания, определяется по формуле:

(2.21)

Коэффициент чувствительности защиты вычисляется по выражению:

(2.22)

Так как коэффициент чувствительности больше требуемого в крайних случаях согласно ПУЭ [5] (больше 1,5), поэтому продолжаем расчет защиты с реле типа РНТ-565.

Определяем число витков обмотки НТТ реле для основной стороны 158 кВ (за основную сторону принимается сторона, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты – сторона основного питания).

Ток срабатывания реле на основной стороне определяется по формуле:

(2.23)

Расчетное число витков обмотки НТТ реле для основной стороны вычисляется для выражения:

(2.24)

где F_ср. - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле, А (для реле типа РНТ-565 F_cp. = 100 A);

I_{с.р.осн.} - ток срабатывания реле, отнесенный к основной стороне (определяется приведением первичного тока срабатывания защиты к вторичным цепям трансформаторов тока основной стороны), А;

Принимаем ближайшее меньшее по отношению к полученному из (2.24) число витков W_осн. = 7.

Определяем число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны 10,5 кВ защищаемого трансформатора:

(2.25)

где I_осн.в. – вторичный ток в плечах защиты для основной (ВН) стороны, соответствующий номинальной мощности трансформатора;

I_I.в. – вторичный ток в плечах защиты для неосновной (НН) стороны, соответствующий номинальной мощности трансформатора;

W_осн. - принятое число витков обмотки для основной стороны;

Принимаем ближайшее меньшее по отношению к полученному из (2.25) число витков W_I = 11.

Полученные значения числа витков W_осн. и W_I уточняются после учета составляющей тока небаланса , обусловленной неточностью установки на НТТ реле расчетных чисел витков.

Составляющая тока небаланса определяется по выражению:

(2.26)

Первичный ток небаланса с учетом составляющей вычисляется по формуле:

(2.27)

Ток срабатывания защиты на основной стороне находится по выражению:

(2.28)

Коэффициент отстройки защиты (окончательное значение) определяется по формуле:

(2.29)

Окончательное принятое число витков обмотки НТТ реле для установки на основной и неосновной сторонах принимаются равными:

W_осн. = W_I.ур = 7;

W_I. = W_II.ур = 11.

Определяем значение коэффициента чувствительности для тока срабатывания защиты, соответствующего окончательно принятому, в режиме, при котором производилась предварительная проверка чувствительности, по выражению (2.22):

Так как коэффициент чувствительности больше требуемого в крайних случаях согласно ПУЭ [5] (больше 1,5), то рассмотренная защита может быть использована для защиты двухобмоточного трансформатора.