Защита трансформатора

Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет

Электромеханический факультет

Кафедра электрических  станций и автоматизации энергосистем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

Дисциплина: Проектирование релейной защиты

 

Тема: Защита трансформатора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Выполнил студент гр. 5022/2                                                                     Выборных И.Г.

 Руководитель                                                                                           Алексеева О.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2010

Содержание.

 

 

Задание………………………………………………………………………………..	3
Введение………………………………………………………………………………	4
Выбор оборудования………………………………………………………………...	6
Приведение к базисным условиям и  составление схемы замещения…………….	7
Расчет коротких замыканий…………………………………………………………	8
Точка к1……………………………………………………………………………….	8
Точка к2……………………………………………………………………………….	8
Точка к3……………………………………………………………………………….	9
Точка к4……………………………………………………………………………….	10
Расчет дифференциальной токовой  защиты трансформатора…………………….	11
Расчет защиты трансформатора от внешних  коротких замыканий на землю в  сети с глухозаземленной нейтралью………………………………………………..	15
Газовая защита……………………………………………………………………….	17
Список литературы…………………………………………………………………..	18

 

Задание.

 

 

 

 

 

№ Вар.	Длина, км
	Л1	Л2
2	70	40	5000	200	250	230/15,75	16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Прежде, чем приступить к выбору типов  защиты трансформатора следует оценить  их, а также и весь участок сети, с точки зрения релейной защиты.

В зависимости  от типа трансформатора, его мощности, роли в электрической сети, выбирается тип основной защиты и типы резервной  защиты.

При выборе  типа защиты в первую очередь следует  руководствоваться правилами устройств  электроустановок (ПУЭ). Устройства релейной  защиты должны обеспечивать минимальное  время отключения короткого замыкания, действовать селективно, обладать необходимой  чувствительностью, быть простыми и  надежными. Поэтому нужно стремиться принимать наиболее простой тип защиты и только если простые защиты не отвечают вышеперечисленным требованиям переходить к более сложным защитам.

Для трансформаторов  должны предусматриваться устройства релейной защиты от следующих видов  повреждений и ненормальных режимов  работы:

1. многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2. витковых замыканий в обмотках;

3. однофазных замыканий на землю в сетях с большим током замыкания на землю;

4. токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

5. токов в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна);

6. понижения уровня масла;

Для защиты от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газа, и  от понижения уровня масла предусматривается  газовая защита.

Для защиты от повреждений на выводах трансформатора, а также от внутренних повреждений  предусматривается продольная дифференциальная защита без выдержки времени или  максимальная токовая отсечка без  выдержки времени.

Продольная  дифференциальная защита выполняется  в виде:

1. дифференциальной токовой отсечки;

2. дифференциальной токовой защиты с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока;

3. дифференциальной токовой защиты с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока и с тормозной характеристикой;

Для защиты от токов, обусловленных внешними короткими  замыканиями, предусматриваются защиты с выдержкой времени:

1. максимальная токовая;

2. максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения;

3. фильтровая токовая защита обратной последовательности;

4. максимальная токовая защита нулевой последовательности.

Для защиты от токов в обмотках, обусловленных  перегрузкой, если она возможна, предусматривается  максимальная токовая защита с выдержкой  времени, устанавливаемая в одной  из фаз.

Рассмотрим  электрическую схему системы, рис. 1.

На станции  установлено два генератора мощностью 200 МВт, каждый из которых через блочный  трансформатор работает на шины 220 кВ. Связь с энергосистемой осуществляется по двум линиям 220 кВ протяженностью 70 км. Так же от шин 220 кВ через линию  длиной 40 км запитана потребительская  подстанция.

В данной курсовой работе приводится расчет релейной защиты, установленной на блочном  трансформаторе.

Для данного  трансформатора могут быть опасны следующие  повреждения:

• междуфазные короткие замыкания;
• замыкания фазы на землю.

Поэтому на трансформаторе необходимо установить защиты, реагирующие на эти повреждения. Это – дифференциальная токовая  защита ДЗТ – 21 от междуфазных коротких замыканий и ступенчатая токовая  защита нулевой последовательности от замыканий на землю, поэтому необходим  расчет трехфазных и однофазных замыканий  на землю.

Перед началом  проектирования релейной защиты трансформатора необходимо знать не только токи короткого  замыкания на самом защищаемом элементе, но и на смежных элементах. В данном случае таковыми являются отходящие  от шин 220кВ линии. При расстановке  точек короткого замыкания, с  целью сокращения расчетной работы, надо взять минимальное количество необходимых точек.

Для трехфазных коротких замыканий:

• точка к1 на шинах 220 кВ станции;
• точка к2 на участке между генератором и трансформатором;

Для однофазных коротких замыканий:

• точка к3 в конце линии Л2 питающей нагрузку;
• точка к4 в конце линий связывающих станцию с энергосистемой.

Начнем  проектирование с выбора оборудования и составления схемы замещения  для расчета трехфазного короткого  замыкания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выбор оборудования.

 

Генератор:
Трансформатор:
ТСН:
Линия:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приведение к базисным условиям и составление схемы  замещения.

 

Схема замещения  для токов прямой последовательности представлена на рисунке 2, для токов  нулевой последовательности на рисунке 3.

За базисную мощность для расчетов принимаем полную мощность трансформатора:

.

За базисное напряжение принимаем среднеэксплуатационное напряжение высокой стороны трансформатора:

.

Тогда базисный ток:

.

Сопротивление генератора:

Сопротивление трансформатора:

Сопротивление системы:

Сопротивление линий:

Пусть ЛЭП  – 1 двухцепная со стальными грозозащитными тросами, а ЛЭП – 2 одноцепная со стальными грозозащитным тросом, тогда сопротивления прямой и  нулевой последовательности будут  иметь следующие соотношения:

ЭДС системы  и генераторов соответственно:

Расчет токов коротких замыканий.

 

Точка к1:

Так как  генераторы, работающие через трансформаторы одинаковые, то они имеют одинаковые ЭДС, и мы можем объединить их.

 В  данном случае нас интересует  составляющая тока короткого  замыкания, которая течет через защищаемый трансформатор:

 

Точка к2:

Ток короткого  замыкания в точке к2:

Ток, проходящий через защиту:

 

Точка к3:

Для расчета  токов однофазных коротких замыканий  принимаем, что сопротивления прямой и обратной последовательностей  равны, и находим эквивалентные  сопротивления прямой и нулевой  последовательности.

Для нулевой  последовательности имеем:

Для прямой последовательности:

Ток однофазного короткого замыкания в точке к3:

Для определения  тока протекающего в нейтрали защищаемого  трансформатора воспользуемся коэффициентами токораспределения.

Ток однофазного  короткого замыкания в точке  к3, протекающий в нейтрали трансформатора:

 

Точка к4:

Для нулевой  последовательности:

Для прямой последовательности:

Ток однофазного  короткого замыкания в точке  к4:

Для определения  тока в нейтрали воспользуемся коэффициентами токораспределения:

Ток однофазного  короткого замыкания, протекающий в нейтрали трансформатора:

 

Расчет дифференциальной токовой защиты трансформатора, выполненной  с реле типа ДЗТ – 21.

 

Дифференциальные  защиты типа ДЗТ-21 предназначены для  использования в качестве основной защиты силовых трансформаторов  и блоков генератор - трансформатор  от всех видов коротких замыканий.

Исполнение  защиты может быть трехфазное с общим  выходом трех фаз, позволяющим использовать защиту в качестве основной для группы из однофазных трансформаторов или  АТ.

Для отстройки  защиты от бросков тока намагничивания в реле ДЗТ - 21 используется время – импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Благодаря этому сочетанию обеспечивается высокая чувствительность  (Iс.з.min=0.3Iном) и быстродействие защиты.

Аналогично  дифференциальным защитам с торможением  на электромагнитных реле (например, типа ДЗТ-11) для отстройки от установившихся, а также переходных токов небаланса  используется «процентное» торможение от токов плеч защит.

 

Тормозная характеристика реле ДЗТ-21 состоит  из двух участков: горизонтального  и наклонного. Наличие горизонтального  участка характеристики повышает чувствительность защиты при  коротких замыканиях в зоне с переходным сопротивлением в месте повреждения, т.к. в этом случае защита имеет ток срабатывания, соответствующий отсутствию торможения.