Электроснабжение завода по производству огнеупоров

Релейная защита трансформатора ГПП.

В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения отдельных ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений являются КЗ между фазами электрооборудования и однофазные КЗ на землю в сетях с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите, следующие: надежное отключение всех видов повреждений, чувствительность защиты, избирательность (селективность) действия - отключение только поврежденных участков, простота схем, быстродействие, наличие сигнализации о повреждениях.

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: многофазных замыканий в обмотках и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; витковых замыканий в обмотках; токов в обмотках, обусловленных перегрузкой; понижения уровня масла.

1) Дифференциальная защита

Данная защита выполняется на реле РНТ-565 и защищает трансформатор от однофазных КЗ в обмотке и ошиновке трансформатора в зоне ограничения трансформаторами тока. При повреждении в трансформаторе дифференциальная защита дает импульс на отключение выключателей 10 кВ, 110 кВ ввода трансформатора.

2) Максимальная токовая защита (МТЗ)

Эта защита применяется в качестве защиты от внешних коротких замыканий и является резервной по отношению к дифференциальной защите. МТЗ выполняется на переменном оперативном токе в двухфазном исполнении на базе реле РТ-40. Защита выполнена в виде трех комплектов МТЗ с комбинированным пуском по напряжению.

3) Газовая защита

Газовая защита является чувствительной реагирующей на повреждение внутри трансформатора, особенно при витковых замыканиях в обмотках, на которые газовая защита реагирует при замыкании большого числа витков.

Газовая защита также реагирует на повреждения изоляции стянутых болтов и возникновение местных очагов нагрева стали сердечника. Газовая защита срабатывает при достижении скорости движения масла от бака к расширителю от 0,6-0,8 л/с. Защита реагирует на появление газа в кожухе трансформатора и снижение уровня масла. Защита выполняется на базе реле РТЗ-261, которое поставляется с трансформатором. При всех видах повреждений газы, образовавшиеся в результате разложения масла и изоляции проводов, направляются через реле, установленное на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем и вытесняют масло из камеры реле в расширитель. В результате этого уровень масла в газовом реле понижается, установленные в реле поплавки опускаются, а прикрепленные к ним колбочки с ртутными контактами поворачиваются. При этом действует предупреждающий сигнал.

При бурном газообразовании, сопровождающемся течением струи масла под давлением, поворачиваются поплавок и колбочка с контактами. Последние, замыкаясь, действует на отключение выключателя 10 кВ трансформатора, а отключение выключателя 110 кВ короткозамыкателя.

4) Защита от перегрузок

На трансформаторах номинальной мощностью 400 кВА и более, подверженных перегрузкам, предусматривается максимальная токовая защита от токов перегрузки с действием на сигнал с выдержкой времени.

Защита выполняется на базе реле РТ-40 (КА5, КА6) с действием на сигнал, реле включается в цепь трансформатора тока со стороны низшего напряжения.

Исходные данные:

Трансформатор ТДН-10 МВА; 115?16%/10,5 кВ; ток трехфазного короткого замыкания I_кз=4,67 кА.

Расчет дифференциальной токовой защиты для трансформаторов ГПП.

а) Определение первичных номинальных токов на сторонах силового трансформатора (I_ном1 и I_ном2):

, А, (1.94)

А,

А

и коэффициенты трансформации трансформаторов тока:

, А, (1.95)

А,

, А(1.96)

А

Принимаем стандартные коэффициенты трансформации:

n_Т1=100/5=20, ТВТ-110 (опорные в фарфоровой покрышке);

n_Т2=600/5=120, ТЛМ-10 (с литой изоляцией).

б) Определим вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты:

, А, (1.97),

А,

А

Так как основная сторона дифференциальной защиты принимается по большему значению (i_н1 и i_н2), то в данном случае i_н2> i_н1.

Сторону напряжением 10 кВ принимаем за основную и все расчеты приводим к основной стороне.

в) Выбирается ток срабатывания защиты из условия отстройки:

1) от броска намагничивания

I_сз = К_отс Ч I_нт2, А, (1.98)

где К_отс=1,3-1,4 - коэффициент отсечки для РТН-565

I_сз = 1,3Ч550,5=716 А;

2) от максимального тока небаланса

I_сз = К_отсЧI_нб= К_отсЧ (), А, (1.99)

где К_отс=1,3 - коэффициент отсечки для РНТ-565.

Составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью (ток намагничивания) трансформаторов тока, питающих дифференциальную защиту определяется по формуле:

= К_а·К_одн·e·I_кмакс, А, (1.100)

= 1Ч1Ч0,1Ч4,67=467 А

где К_одн - коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока (К_одн=1);

e - коэффициент, учитывающий 10% погрешность трансформаторов тока (e=0,1);

К_а - коэффициент, учитывающий переходной режим (апериодическая составляющая), (К_а=1 для реле с БНТ);

I_кмакс - максимальное значение тока КЗ за трансформатором, приведенная к основной стороне трансформатора.

Составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора:

А, (1.101)

где ±DN = ±16 - полный диапазон регулирования напряжения.

А

Составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на коммутаторе реле РНТ расчетного целого числа витков обмоток:

,(1.102)

где W_1расч., W₁ - соответственное расчетное и установленное число витков обмоток реле РНТ для не основной стороны.

На первом этапе установки дифференциальной защиты I ^{// /}_нб не учитывается, т.е.

I_сз = К_отс Ч I_нб = К_отс· (), А, I_сз = 1,3Ч (467+747,2) =1578,5 А.

За расчетную величину тока срабатывания защиты принимаем большее значение между: I_сз (от намагничивания) = 747,2 А, I_сз (от небаланса) = 1578,5 А.

г) Производится предварительная проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне ее действия.

К_ч=>2, (1.103)

где I_кмин - минимальное значение тока КЗ (обычно двухфазное в зоне защиты)

К_ч===2,57>2(1.104)

I_{к. мин}=0,87ЧI_кз, А,

I_{к. мин}=0,87Ч4670=4063 А.

Так как коэффициент чувствительности больше двух, то расчет можно продолжать.

д) Определяется ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с большим током в плече (основной стороне)

I_ср=, А, (1.105)

где n_Т, K_сх - берется для основной стороны.

I_ср== 13,15 А(1.106)

е) Определяется расчетное число витков обмотки реле основной стороны W_{осн. расч.} =, витков, W_{осн. расч.} == 7,6 витка.

Полученное число витков обмотки округляем до ближайшего меньшего числа витков, которое можно установить на реле РНТ-565, т.е. W_{осн. расч}= 7 витков.

ж) Определяется число витков обмотки неосновной стороны

W _{неосн. расч}= Ч W_{осн. расч}, витков, (1.107)

где i_н1 - вторичный номинальный ток основной стороны;

i_н2 - вторичный номинальный ток другого плеча защиты.

W _{неосн. расч}= =6,6 витков.

3) Определяется ток небаланса с учетом I.

I= Ч, А,

I= Ч4670=424,5 А

е) Повторно определяется первичный ток срабатывания защиты и вторичный ток срабатывания реле:

I_сз=1,3 Ч (467+747,2+424,5) =2130,3 А

I_ср=ЧК_сх, А,

I_ср=Ч1= 17,7 А.

Полученные значения удовлетворяют требованиям, предъявляемые к дифференциальной защите.

Дифференциальная защита трансформаторов выполняется на реле РНТ-565, имеющий быстронасыщающийся трансформатор и уравнительные обмотки с регулирующими резисторами, с помощью которых можно отстраивать действия защиты. Таким образом, обеспечивается повышенная чувствительность защиты.

Расчет максимальной токовой защиты.

Расчет максимальной токовой защиты для трансформатора ГПП МТЗ устанавливается с высшей стороны трансформатора и действует с выдержкой времени при КЗ.

Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условия отстройки (несрабатывания) от перегрузки. Ток перегрузки обычно определяется из рассмотрения 2-х режимов:

1. отключение параллельно работающего трансформатора

I_{нагр. макс}=0,8ЧI_{ном. тр}, (1.108)

I_{нагр. макс}=0,8Ч50,3=40,2 А. (1.109)

2. автоматическое подключение нагрузки при действии АВР

I_{нагр. макс}= I₁+ I₂=0,8· (I_{ном. тр1}+ I_{ном. тр2}),

I_{нагр. макс}=0,8Ч (100,6+100,6) =161 А.

Ток срабатывания защиты выбирается по формуле:

I_сз=Ч I_{раб. макс}, А, (1.110)

где К_отс= 1,1-1,2 для реле РТ-40;

К_воз=0,85 - коэффициент возврата реле;

К_зап=2,5 - коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки;

I_сз=Ч 161=520,9 А.

Коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ:

К>1,5,

где I_{к. мин} - минимальный ток двухфазного КЗ до трансформатора ГПП.

К=6,6>1,5(1.111)

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени t_п защит присоединений, питающихся от трансформатора

t_т=t_п+Dt, с,

где t_п=0,8 с - выдержка времени защиты, установленной на присоединениях питающихся от данного трансформатора,

Dt=0,5 с - ступень выдержки времени.

t_т=0,8+0,5=1,3 с.

Расчет защиты от перегрузки.

Защиту от перегрузки осуществляют одним реле РТ-80 с ограниченно зависимой характеристикой. Защита действует на сигнал с выдержкой времени. Ток срабатывания выбирают из условия возврата реле при номинальном токе трансформатора:

I_сз=Ч I_{ном. тр}, А, (1.112)

I_сз=Ч 50,3= 66 А.(1.113)

Время действия защиты от перегрузки выбирается на ступень больше МТЗ:

t_пер=t_мтз+Dt, с

t_пер=1,3+0,5=1,8 с.

Автоматика и сигнализация.

На подстанциях предусматривается следующая автоматика:

1) Автоматическое включение резерва (АВР). АВР питания или оборудования предусматривают во всех случаях, когда электроснабжение вызывает убытки, значительно превышающие стоимость установки устройства АВР. В случае повреждения одного из трансформаторов, происходит его отключение и автоматическое включение секционного выключателя, чем обеспечивается бесперебойное электроснабжение потребителей.

2) Автоматическое повторное включение (АВР) трансформаторов предусматривается для автоматического восстановления их нормальной работы после аварийных отключений, не связанных с внутренними повреждениями трансформатора. АПВ трансформаторов является обязательным на однотрансформаторных подстанциях с односторонним питанием. На двухтрансформаторных подстанциях с односторонним питанием АПВ целесообразно устанавливать в том случае, если отключение одного трансформатора вызывает перегрузку другого и в связи с этим часть потребителей должна отключиться. АПВ позволяет без вмешательства обслуживающего персонала восстановить питание линии после кратковременных КЗ.

1.13 Заземление и молниезащита ГПП

1.13.1 Расчет заземления ГПП

а) понижающая подстанция, на которой установлены два трансформатора 110/10 кВ с заземленной нейтралью; б) заземлитель предполагается выполнить из горизонтальных полосовых электродов (40х4) мм² т горизонтальных стержней длиной L_з=5 м, диаметром d=16 мм, глубина заглубления электродов в землю t_з=0,7 м. в) расчетное удельное сопротивление верхнего и нижнего слоя земли: r₁=130 ОмЧм, r₂=40 ОмЧм. г) в качестве естественного заземлителя используем систему трос-опора двух подходящих и п/ст ВЛ-110 кВ. Длина пролета 30 м, сечение троса q=50 мм², расчетное сопротивление заземлителя одной опоры r_оп=14 Ом, число опор с тросом на каждой линии 9.

Сопротивление естественного заземлителя для двух ЛЭП:

R_e= Ом(1.114)

Требуемое сопротивление рассекания заземлителя: R_з = 0,5 Ом

Требуемое сопротивление искусственного заземлителя:

R_н = , Ом(1.115)

R_н = =0,83 Ом.

Выбираем контурный заземлитель размещенный по периметру подстанции.

Составляем расчетную модель заземления с площадью S=1015 м² (рисунок 1.12).

Рисунок 1.12

L_r = 44 Ом - длина горизонтальных электродов; n = 18 шт.;

Количество ячеек по одной стороне модели:

m = (1.116)

m = = 4,01 » 4.

Уточняем суммарную длину горизонтальных электродов:

L_г = 2Ч (m+1) Ч(1.117)

L_г = 2Ч (4+1) Ч43,9 = 439 м.

Расстояние между вертикальными электродами:

а = (1.118)

а = = 9,76(1.119)

Суммарная длина вертикальных электродов:

L_в = nl_в

L_в = 18Ч5 = 90 м.

Относительная глубина погружения в землю электродов:

t_отн = ;(1.120)

t_отн = = 0,13 м.

Относительная длина:

l_отн = ;(1.121)

l_отн = = 0,26 м.

Расчетное эквивалентное удельное сопротивление грунта:

r_э = r₂Ч,(1.122)

где = = 3,25 1ЈЈ10(1.123)

к = 0,43Ч

к = 0,43Ч = 0,23

r_э=40Ч (3,25) ^0,23=52,4 ОмЧм.

Определение расчетного сопротивления искусственного заземлителя. Предварительно найдем значение коэффициента А.