3 Расчёт токов короткого замыкания

Для расчёта составляется схема замещения прямой последовательности. Все параметры схемы замещения приводятся к базисному значению напряжения U_б = 115 кВ.

Рисунок 1 – Схема замещения прямой последовательности

Расчет параметров схемы замещения приведен в таблице 6.2.

Расчет токов короткого замыкания сведен в таблицу 6.3.

Таблица 2 – Расчет параметров схемы замещения

Элемент	Расчет параметров на схеме замещения	Результат	Размерность
С1		1,01	кВ
		1,161	Ом
Т1, Т2		10,597	Ом
		5,557	Ом

Таблица 3 – Расчет токов КЗ для выбора токов срабатывания и проверки чувствительности защит трансформатора

Ток КЗ	Вид и место КЗ	Расчетное выражение	Расчет
	К2(3)		о.е.
	К2(2)		о.е.
	К2(3)		кА
	К2(2)		кА

4 Выполнение защит трансформатора с использованием терминалов нпп «экра»

Рассмотрим схему включения трансформатора ТРДН 25000/110 через развилку выключателей со стороны ВН и один выключатель со стороны НН, имеющий трёхфазное управление.

Для выполнения защиты необходимо пять комплектов устройств.

Первый комплект А1 (комплект основных защит трансформатор) выполняется на терминале БЭ 2704 V041, в котором реализуются следующие функции: ДЗТ, прием сигналов от ГЗ, ЗП ВН.

Второй комплект А2 (комплект резервных защит трансформатора со стороны высшего напряжения) выполняется на терминале БЭ 2704 V073, в котором реализуются следующие функции: МТЗ с комбинированным пуском по напряжению, АУВ, УРОВ, прием сигналов от ГЗ.

Комплект А3 реализует АРКТ на базе терминала БЭ 2502 А 0501

Комплекты А4 и А5(комплекты резервных защит вводов низшей стороны) реализуются на терминалах БЭ 2502 А 0303. Выполняемые функции: МТЗ с комбинированным пуском по напряжению, ЛЗШ, АУВ, УРОВ, контроль изоляции.

Схема подключения указанных комплектов к трансформаторам тока показана на рисунке 6.2.

Рисунок 2 – Вариант выполнения защиты трансформатора с расщепленной обмоткой

5 Проектирование защит трансформатора

5.1 Дифференциальная токовая защита

Дифференциальная токовая защита трансформатора (ДЗТ) является основной быстродействующей защитой и предназначена для защиты объекта от всех видов коротких замыканий в обмотках и на выводах. Имеет две ступени. Первая ступень (чувствительная) –дифференциальная токовая защита, имеющая характеристику с торможением и блокировку по току второй гармоники при бросках тока намагничивания. Вторая ступень (грубая) –дифференциальная токовая отсечка. Выполняется без торможения и блокировки. Предназначена для действия при больших токах короткого замыкания, когда трансформаторы тока насыщаются, и блокировка по току второй гармоники может вывести первую ступень из себя.

Принцип действия основан на сравнении токов по концам защищаемого объекта замыкания. При внутреннем коротком замыкании векторная сумма токов равна току короткого замыкания. При отсутствии внутреннего замыкания векторная сумма токов равна току небаланса и обусловлена:

• наличием погрешности трансформатора тока;

• неравенством вторичных токов трансформаторов тока разных сторон;

• регулированием коэффициента трансформации.

На функционирование защиты также влияет:

• наличие сдвига по фазе токов силового трансформатора;

• режим включения ненагруженного трансформатора под напряжение.

Для уменьшения тока небаланса и повышения чувствительности в защите предусмотрены:

• компенсация фазового сдвига;

• выравнивание вторичных токов всех сторон трансформатора;

• применение характеристики с торможением;

• блокировка защиты при бросках тока намагничивания.

Компенсацию фазного сдвига можно осуществить либо подключением трансформатора тока со стороны Y в Δ, либо программным способом в микропроцессорном терминале.

Точное выравнивание вторичных токов всех сторон осуществляется программным способом путём задания базисных токов.

Под базисным током стороны (Ι_{баз.стор.}) понимается значение вторичного тока при протекании на этой стороне номинальной мощности трансформатора.

, (10)

где – коэффициент, учитывающий схему соединения вторичных обмоток трансформатора тока (для трансформаторов тока, соединенных в «звезду», , а для трансформаторов тока, соединенных в «треугольник», )

– коэффициент трансформации трансформатора тока соответствующей стороны.

Расчет базисных токов сторон защищаемого трансформатора сведен в таблицу 6.3.

Таблица 4 – Расчёт базисных токов сторон трансформатора

Наименование параметра	Сторона
	ВН	НН
Номинальное напряжение стороны	Uн ВН = 115 кВ	Uн НН = 10,5 кВ
Номинальный ток сторон	А	А
Схема соединения обмоток	Y	Δ
Коэффициент трансформации ТТ	KТТ ВН =200/5= 40	KТТ НН =1000/5= 200
Схема соединения ТТ	Y	Y
Коэффициент схемы соединения ТТ	Kсх.ТТ ВН = 1	Kсх.ТТ НН = 1
Базисный ток стороне	А.	А.

Для повышения чувствительности защиты при внутренних коротких замыканиях применяют тормозную характеристику, в которой ток срабатывания возрастает при увеличении тормозного тока.

Дифференциальный ток и ток торможения рассчитываются после компенсации фазного сдвига и выравнивания фазных токов всех сторон.

Характеристика приведена на рисунке 6.3.

Рисунок 3 – Характеристика срабатывания ДЗТ

Первый участок (горизонтальный) характеристики определяется начальным током срабатывания I_д0, на нем отсутствует торможение. Горизонтальный участок – наиболее чувствительная часть характеристики.

Второй участок (наклонный) определяется коэффициентом торможения K_т = tgα. Это участок малых токов коротких замыканий, где погрешность трансформаторов тока минимальна.

На третьем участке при тормозном токе (ток торможения блокировки) характеристика срабатывания ДЗТ изменяется:

• если и – ДЗТ блокируется;

• если или – наклон характеристики срабатывания ДЗТ определяется коэффициентом торможения.

Для предотвращения ложной работы ДЗТ трансформатора при бросках тока намагничивания в момент включения трансформатора под напряжение, а так же для отстройки защиты от тока небаланса переходного режима короткого замыкания выполнена блокировка защиты по превышению отношения тока второй гармонической составляющей к току промышленной частоты – I_Д.100Гц / I_Д.50Гц .

По опыту эксплуатации рекомендуется величину уставки по уровню блокировки по второй гармонике для защит трансформаторов выбирать на уровне 10%.

Выбор уставок ДЗТ.

При проектировании ДЗТ трансформатора необходимо определить следующие уставки:

I_д0* – начальный ток срабатывания (задаётся в относительных единицах);

I_Т0* – начальный ток торможения (задаётся в относительных единицах);

K_Т – коэффициент торможения;

I_т.бл* – ток торможения блокировки (задаётся в относительных единицах);

I_отс* – ток срабатывания дифференциальной отсечки (задаётся в относительных единицах);

K_2бл – уровень блокировки по второй гармонике в дифференциальном токе.

Методика расчёта уставок ДЗТ приведена в таблице 6.4.

Таблица 5. Обоснование выбора уставок дифференциальной защиты трансформатора на основе терминала БЭ 2704 04х

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчётное условие	Расчётное выражение
	Несрабатывание при внешних коротких замыканиях и в режимах без коротких замыканий в отсутствие торможения	1.Отстройка от максимального тока небаланса при токе начала торможения	,	(6.11) (6.12)
	Несрабатывание при внешних коротких замыканиях	2.Обеспечение торможения при внешних коротких замыканиях		(6.13)
	Несрабатывание при внешних коротких замыканиях	3.Отстройка от максимального тока небаланса при внешних коротких замыканиях		(6.14) (6.15) (6.16) (6.17)

Продолжение таблицы 5

	Несрабатывание при внешних коротких замыканиях в режиме насыщения трансформатора тока	4.Отстройка от максимального тока предельной нагрузки		(6.18)
	Несрабатывание в режимах без короткого замыкания	5.Обеспечение блокировки при превышении тока 2-й гармоники в результате броска тока намагничивания силового трансформатора		(6.19)
	Несрабатывание в режимах без короткого замыкания	6.Отстройка от броска тока намагничивания силового трансформатора	о.е.	(6.20)
	Несрабатывание при внешних коротких замыканиях	7.Отстройка от максимального тока небаланса при внешних коротких замыканиях	,	(6.21) (6.22)

В выражениях (6.11) – (6.22) учитываются следующие коэффициенты и параметры.

I_д0* определяется расчетными выражениями (6.11) – (6.12), где K_отс – коэффициент отстройки в выражении (11), учитывающий погрешности измерительного органа терминала, ошибки расчета и необходимый запас, может быть принят равным в диапазоне 1,1…1,3, при этом большее значение используется для пускорезервных трансформаторов, на которых возможно несинхронное АРВ.

I_{нб.расч*} – расчетный ток небаланса в относительных единицах.

K_пер = 1,5 – коэффициент, учитывающий переходный процесс (при использовании на разных сторонах трансформатора однотипных трансформаторов тока - выносных) .

K_одн = 1 – коэффициент однородности трансформатора тока (для защиты трансформатора).

– относительное значение полной погрешности трансформатора тока в режиме, соответствующем установившемуся короткому замыканию, полная погрешность для трансформаторов тока 5Р и 10Р составляет 0,05 и 0,1 соответственно (принимаем 0,1 для ТТ 10Р).

ΔU_рег* – относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого объекта.

Δf_выр – относительная погрешность выравнивания токов в плечах защиты, определяется погрешностями входных трансформаторов тока и аналого-цифровыми преобразователями терминала. Может быть принята равной 0,02.

Δf_ПТТ = 0,05 – относительная погрешность внешнего выравнивающего трансформатора или автотрансформатора. Поскольку токи I_баз.ВН и I_баз.НН лежат в пределах 0,251 – 16,000 А, то применение выравнивающего трансформатора или автотрансформатора не требуется и Δf_ПТТ=0.

Ток начала торможения для пускорезервных трансформаторов и трансформаторов, на которых возможно несинхронное АВР НН, принимается равным I_Т0* = 0,6 о.е., во всех остальных случаях I_Т0* = 1 о.е.

I_скв* – максимальное значение тока внешнего металлического короткого замыкания, приведённое к базисному току стороны.

K_отс – коэффициент отстройки в выражении (6.20), может быть принят равным 1,1.

K_{пред.нагр} = 1,8 – коэффициент, определяющий предельную нагрузочную способность трансформатора в зависимости от его мощности (выбран для трансформаторов средней мощности).

При выборе I_отс* коэффициент отстройки в выражении (6.21) следует принять равным 1,5, при определении I_{нб.макс*} в выражении (6.22) коэффициент, учитывающий переходный процесс, принимается равным 2,5, остальные коэффициенты не изменяются.

Таблица 6. Выбор уставок дифференциальной защиты трансформатора на основе БЭ 2704 04х

Параметр срабатывания	Расчетное условие	Расчетное выражение	Расчет	Принятое значение
	1	(6.12) (6.11)		0,363 о.е.
	2	(6.13)		1 о.е.
	3	(6.16) (6.15) (6.17) (6.14)		0,466
	4	(6.18)		3,952 о.е.
	5	(6.19)		0,1
	6 7	(6.20) (6.21) (6.22)		6,5 о.е.

Чувствительность дифференциальной защиты трансформатора оценивается при минимальном токе короткого замыкания по выражению

, (23)

где А – минимальный ток внутреннего короткого замыкания в относительных единицах; K_{ч.мин.доп} – минимально допустимый коэффициент чувствительности , согласно [2] должен быть не менее 2.

.

Расчёт показал, что чувствительность обеспечивается.