Розрахунок диференціального захисту трансформатора

Диференціальний захист силових трансформаторів виконують в основному на реле серії РНТ і Д3Т. Розрахунок захисту складається у визначенні струмів спрацювання захисту і реле, числа витків обмоток реле і коефіцієнта чутливості. Первинний струм спрацювання захисту з реле РНТ-565 вибирають за умовами відбудови від кидка струму намагнічення при увімкненні ненавантаженого силового трансформатора Т1 під напругу і максимального струму небалансу при зовнішніх к.з. Необхідно попередньо ознайомитися з додатком В.

5.1.1. Визначаємо номінальні струми силового трансформатора Т1 по його номінальній потужності .

Струм обмотки силового трансформатора з високої сторони 115 кВ, А,

=80∙10³/(1,73∙115)=402,11 (5.1)

Струм однієї розщепленої обмотки силового трансформатора з низької сторони 10,5 кВ, А,

=80∙10³/(2∙1,73∙10,5)=2202. (5.2б)

Приймаємо струм обмотки силового трансформатора з низької сторони

=

А.

5.1.2. Визначаємо коефіцієнт трансформації трансформаторів струму і вибираємо стандартні трансформатори для диференціального захисту силового трансформатора Т1.

Визначаємо коефіцієнт трансформації трансформаторів струму для високої сторони 115 кВ (ТА21, ТА22, див. рис. 1.1 і рис. 5.1) і для низької сторони 10,5 кВ (ТА31, ТА41, ТА32, ТА42) з умови, що трансформатори струму повинні тривало допускати протікання номінального струму силового трансформатора, що захищається, і забезпечити рівність струмів в плечах захисту (див. рис. 5.1).

Силовий трансформатор Т1 має з’єднання фазних обмоток з високої сторони 115 кВ в зірку, а з низької сторони 10,5 кВ має з’єднання фазних обмоток в трикутник. Тому для компенсації кутового зрушення трансформатори струму ТА21, ТА22 на стороні високої напруги (115 кВ) сполучаємо в трикутник, а на стороні низької напруги трансформатори струму ТА31, ТА41, ТА32, ТА42 (10,5 кВ) – в неповну зірку. Тому приймаємо коефіцієнт з’єднання трансформаторів струму на високій стороні = =1,73, на низької стороні =1.

Розрахунковий коефіцієнт трансформації трансформатора струму ТА21, що підключено до сторони високої напруги 115 кВ силового трансформатора,

=402,11∙1,73/5=139,13. (5.3)

де - номінальний вторинний струм трансформатора струму, =5 А.

З метою підвищення надійності захисту, для зменшення повних погрішностей трансформаторів струму приймаємо завищений коефіцієнт трансформації в порівнянні з розрахунковим, тим самим знижуємо кратність струмів короткого замикання і одночасно збільшуємо можливість тривалого перевантаження трансформатора струму. Таким чином, коефіцієнт трансформації стандартного трансформатора струму ТА21 , що підключено до сторони високої напруги силового трансформатора повинен бути більше розрахункового коефіцієнта трансформации =139,13, >

Приймаємо =

.

Первинний струм стандартного трансформатора струму ТА21, що підключено до сторони високої напруги силового трансформатора,А,

=150∙5=750. (5.4)

За прийнятим значення =750 А вибираємо із табл. Б.2 додатка Б і приводимо в табл. 5.1 параметри стандартного трансформатора струму (для ТА21, ТА22, рис.1.1, рис. 5.1).

Таблиця 5.1.

Параметри трансформаторів струму для напруги 115 кВ ТА21, ТА22, що вбудовані в силові трансформатори

Тип	Номінальний струм, А,	Коефіцієнт трансформації,	Струм електродінамічної стійкості, кА	Термічна стійкість	Номінальна гранична кратність вторинної обмоткидля захисту,
первинний, , рис.5.1|	вторинний, , рис.5.1|	Кратність струму	Допустимий час, с
ТВТ110-І-600/5				-

Кількість трансформаторів на одному вводі – 2. Номінальний клас точності для захисту – 10Р.

Для сторони низької напруги (6,3 кВ) приймаємо схему з'єднання паралельно на суму струмів двох розщеплених обмоток силового трансформатора Т1 (див. рис. 5.1). Таким чином, розрахунковий коефіцієнт трансформації трансформаторів струму ТА31, ТА41 що підключено до сторони низької напруги силового трансформатора Т2

=2202/5=440,4. (5.5б)

Приймаємо розрахунковий коефіцієнт трансформации трансформаторів струму ТА31, ТА41 що підключено до сторони низької напруги силового трансформатора Т1 з формули (5.7а) або (5.7б) в залежності від типу трансформатора згідно табл. 1.1 (без розщеплення (5.7а), з розщепленням (5.7б))

=

Рис. 5.1. Паралельне з’єднання вторинних обмоток трансформаторів струму ТА31 і ТА41 для двох розщеплених обмоток силового трансформатора Т1

Коефіцієнт трансформации стандартного трансформатора струму , що підключено до сторони низької напруги силового трансформатора повинен бути більше розрахункового коефіцієнта трансформации =441, >

Приймаємо =

Первинний струм стандартного трансформатора струму ТА21, що підключено до сторони низької напруги силового трансформатора, А,

=600∙5=3000. (5.6)

За прийнятим значення =3000 А вибираємо із табл. Б.3 і приводимо в табл. 5.2 параметри стандартного трансформатора струму (для ТА31, ТА41, ТА32, ТА42, рис.1.1)

Таблиця 5.2

Параметри трансформаторів струму для напруги 6,3 кВ для внутрішньої і зовнішньої установки.

Тип	Номінальний струм, А,	Коефіцієнт трансформації,	Струм електродінамічної стійкості, кА	Термічна стійкість	Номінальна гранична кратність вторинної обмотки для захисту,
первинний, , рис.5.1|	вторинний, , рис.5.1|	Допустимий струм, кА	Допустимий час, с
ТШЛ-10				-

Трансформатор має обмотки: першу – класу 0,5 для вимірювальних приладів (для амперметра, струмової обмотки ватметра або лічильника електроенергії); другу обмотку –класу 10Р (призначаються для релейного захисту).

5.1.3. Визначаємо струми в плечах диференціального захисту силового трансформатора Т1.

Вторинний струм в плечі захисту, що підключено до сторони високої напруги 115 кВ силового трансформатора Т1 (див. рис. 5.1), А,

=402,11∙1,73/120=5,79. (5.7)

Вторинний струм в плечі захисту, що підключено до сторони низької напруги 6,3 кВ силового трансформатора Т1 (див. рис. 5.1), А,

=2∙2202/600=7,34. (5.8)

Маємо два плеча диференціального захисту силового трансформатора Т1 з циркулюючими струмами: =5,79 А і =7,34 А. Плече з більшим струмом називається основним.

Доцільно відмітити, що вторинний струм стандартних трансформаторів струмуТА3, ТА4, що встановлені в розщеплені обмотки (рис. 5.1б), не перевершує 5 А:

=7,34/2=3,67<5 А. (5.9)

5.1.4. Вибирається струм спрацьовування диференціального захисту. Він повинен бути відбудований від максимального струму небалансу при зовнішньому короткому трифазному замиканні на однієї із секцій шин 6,3 кВ (перша умова) і він повинен бути відбудований від первинного кидка струму намагнічування при включенні не навантаженого силового трансформатора Т1 (друга умова). Таким чином перевіряємо можливість застосування диференціального захисту без гальмування з реле РНТ – 565 за двома умовами.

5.1.4.1. Для виконання першої умови визначаємо максимальний струму небалансу при зовнішньому короткому замиканні.

При зовнішніх к. з. забезпечити повний баланс вторинних струмів і , що поступають в реле РТ (див. рис. 5.1), не вдається. Унаслідок нерівності вторинних струмів і в реле РТ при зовнішніх к. з. з’являється струм небалансу , який може викликати неправильну роботу захисту. Нерівність вторинних струмів і обумовлюється:

1) погрішністю трансформаторів струму;

2) зміною коефіцієнта трансформації силового трансформатора при регулюванні напруги при експлуатації трансформатора;

3) неповною компенсацією нерівності вторинних струмів в плечах захисту при настройці реле РНТ – 565;

4) наявністю намагнічуючого струму силового трансформатора, що вносить спотворення (“искажения” рос.) в його коефіцієнт трансформації.

Кожна з цих причин породжує свою складову небалансу . Проаналізуємо ці причини і ці складові.

1. Складова небалансу викликається наявністю погрішностей від струмів намагнічення трансформаторів струму ТА2, ТА3, ТА4, що живлять захист (рис. 5.1). Ця складова струму небалансу має найбільшу величину і є основною.

2) Складова небалансу з’являється при зміні коефіцієнта трансформації силового трансформатора. На силових трансформаторах передбачаються відгалуження, що дозволяють змінювати в межах = 5% від номінального (середнього) значення для регулювання напруги в мережі без збудження (ПБЗ, після відключення усіх обмоток від мережі). У трансформаторів з регулюванням N під навантаженням (РПН, без відключення обмоток від мережі) = 10-15%. При зміні N компенсація струмів порушується і в диференціальному реле з’являється струм небалансу . Звичайно параметри компенсуючого пристрою в реле РНТ – 565 підбираються для середнього значення N. При відхиленні від нього на з’являється струм небалансу.

3) Складова небалансу , що виникає при неточній компенсації струмів плечей і (див. рис.5.1). Цей небаланс з'являється в тих випадках, коли регулюючі можливості компенсуючого пристрою в реле РНТ - 565 не дозволяють підібрати розрахункові значення числа витків обмотки насичуючого трансформатора реле РНТ - 565, які необхідні для повної компенсації.

4) Складова небалансу, що обумовлена наявністю струму намагнічення у силового трансформатора. Струм намагнічення порушує розрахункове співвідношення між первинним і вторинним струмами силового трансформатора, і викликає струм небалансу = трансформатора.

У нормальному режимі силового трансформатора не перебільшує 1 - 5% номінального струму; при к. з. струм намагнічення зменшується; при несталому режимі, пов'язаному з раптовим збільшенням напруги на трансформаторі, струм намагнічення силового трансформатора різко зростає. У режимі навантаження і к. з. звичайно не враховується із-за малої величини його.

Таким чином, повний струм небалансу в диференціальному захисті трансформаторів при зовнішніх к. з. визначається в основному і . Таким чином визначаємо первинний струм спрацьовування захисту (в амперах, А) по умові відстройки від максимального струму небалансу при зовнішньому трифазному к. з. на шинах низької напруги (6,3 кВ), по формулі, в якої перший додаток в дужках впливає на , а другий впливає на ,:

(5.10)

де - коефіцієнт надійності спрацювання реле, для РНТ 565 =1,3;

- коефіцієнт однотипності, який враховує відмінність в похибці трансфоматорів струму, створюючих диференціальну схему, = 0,5 – 1; при істотній відмінності умов роботи і конструкцій трансформаторів струму відмінність їх похибок досягає максимального значення і приймається =1.

- відносна погрішність трансформаторів струму, (приймаємо 10%), =0,1;

- струм трифазного короткого замикання в точці К3, кА, із (4.10);

- відносне максимальне відхилення напруги силового трансформатора від номінальної при установці РПН в одному з крайніх положень, =9,0∙1,78/100=0,1602. (5.11)

де - кількість ступенів регулювання напруги силового трансформатора від номінального (середнього) значення (із табл.1.1);

- зміна напруги на одному ступеню регулювання (із табл.1.1).

Отже визначаємо , А:

=1,3∙(1∙0,1+0,1602)∙1,07∙10³=361,9. (5.12)

5.1.4.2. Для виконання другої умови (струм спрацьовування диференціального захисту повинен бути відбудований від кидка струму намагнічення силового трансформатора Т1) визначаємо первинний струм спрацьовування захисту від кидка струму намагнічення при включенні ненавантаженого трансформатора під напругу

На підставі досвіду експлуатації і спеціальних експериментів встановлено, що за наявності швидко насичуючого трансформатора струму (НТС) в реле РНТ – 565, струм намагнічування, що потрапляє в реле (через трансформатор струму ТА3, ТА4), не містить аперіодичної складової кидка струму намагнічування і тому струм в реле не перевищує 100-150% номінального струму первинної обмотки трансформатора (в перерахунку на вторинний ток трансформатора тока ТА2, так як реле РНТ – 565 підключено до вторинної обмотки трансформатора ТА2 і цей ток трансформується через трансформатор ТА2 і поступає в реле.).

З урахуванням цього приймаємо

= =

=1,2∙80∙10³/(1,73∙115∙(1-0,1602))=574,58, (5.13)

де - коефіцієнт надійності, для реле РНТ 565 =1,2;

- струм силового трансформатора, відповідний номінальній потужності найбільш потужної обмотки трансформатора (у даному випадку обмотки по високій стороні 115 кВ) при крайньому негативному (“отрицательному” рос.) положенні регулятора напруги РПН. При цьому положені РПН кидок струму намагнічування найбільший;

- номінальна потужность найбільш потужної обмотки трансформатора (в даному випадку дорівнює номінальній потужності трансформатора, із табл.1.1);

- номінальна напруга найбільш потужної обмотки трансформатора (в даному випадку напруга обмотки високої сторони =115 кВ);

- відносне максимальне відхилення напруги силового трансформатора від номінальної при установці РПН в одному з крайніх положень, із (5.13).

За струм спрацьовування приймаємо більше значення із струмів:

1) повного струму небалансу в диференціальному захисті трансформаторів при зовнішніх к. з. =361,9 А (5.12) і

2) струму спрацьовування диференціального захисту відбудований від кидка струму намагнічування силового трансформатора =574,58 А (5.13).

Приймаємо =

361,9

А. (5.14)

Визначаємо коефіцієнт чутливості:

=0,867∙1,01∙10³/361,9=2,41. (5.15)

Перевіряємо виконання умови =2,41>2. Умова виконується. Чутливість захисту достатня. Приймаємо до установки диференціальний захист на базі реле РНТ-565.

5.1.5. Розрахунок числа витків обмоток насичуючого трансформатора струму (НТС)реле РНТ – 565.

Згідно рис. 5.1 маємо два плеча диференціального захисту силового трансформатора Т1 з циркулюючими струмами: =5,79А (із 5.7) і =7,34 А (із 5.8). Плече з більшим струмом приймаємо за основне плече.

Для силових трансформаторів з великим діапазоном регулювання напруги на стороні ВН ( 10 %) і великою відмінністю струмів і при зовнішніх к. з. при крайніх положеннях регулятора РПН вибір числа витків обмотки НТС, що включається в плече ВН, зручніше проводити для значень, приведених до цього ж регульованого плеча ВН, навіть якщо на цьому плечі ВН менший вторинний струм (тобто плече ВН може бути і неосновним плечем) (рис. 5.1).

Враховуючи попереднє, по вибранному первинному струму спрацьовування захисту =574,58 А знаходиться вторинний струм спрацьовування реле РНТ - 565. Визначаємо струм спрацьовування реле РНТ на стороні високої напруги 115 кВ, А:

=361,9∙1,73/600=1,04. (5.16)

- коефіцієнт трансформации трансформатора струму ТА21, що підключен до сторони високої напруги силового трансформатора;

- коефіцієнт з’єднання трансформаторів струму. Силовий трансформатор Т1 має з’єднання фазних обмоток з високої сторони 115 кВ в зірку, а з низької сторони 10,5 кВ має з’єднання фазних обмоток в трикутник. Тому для компенсації кутового зрушення трансформатори струму ТА21, ТА22 на стороні високої напруги (115 кВ) сполучаємо в трикутник, а на стороні низької напруги трансформатори струму ТА31, ТА41, ТА32, ТА42 (10,5 кВ) – в зірку. Тому приймаємо коефіцієнт з’єднання трансформаторів струму на високій стороні = =1,73, на низької стороні =1.

Визначаємо розрахункове число витків обмотки насичуючого трансформатора НТС реле для сторони високої напруги 115 кВ.

=100/1,04=96,2. (5.17)

Приймаємо найближче ціле число витків =

витків.

Визначаємо відповідний струм спрацьовування реле на стороні 115 кВ, А:

=100/96=1,04. (5.18)

Визначаємо струм спрацювання захисту на стороні 115 кВ, А:

=1,04∙600/1,73= 361,27. (5.19)

Струм спрацювання захисту на стороні низької напруги 10,5 кВ, А,

=361,9∙115/10,5=3963,67. (5.20)

Визначаємо розрахункове число витків обмотки насичуючого трансформатора реле на стороні 10,5 кВ

=96·5,79/7,34=75,72. (5.21)

Приймаємо найближче ціле число витків =

витків.

Визначаємо складову первинного струму небалансу, обумовлену округленням розрахункового числа витків на стороні низької напруги 10,5 кВ, для розрахункового к. з. на стороні 10,5 кВ, А,

= (75,72-75)∙1,07 ∙10³/75,72=10,17. (5.22)

Уточнений струм небалансу, А,

=

= =

=0,1∙1,07∙10³+0,1602∙1,07∙10³+10,17=288,58 (5.23)

Уточнений струм спрацьовування захисту

=288,58∙1,3=375,15. (5.24)

Порівняємо значення струмів спрацьовування в %:

=(375,15-361,9)∙100/ 361,9=3,66%, (5.25)

де із (5.14).

відрізняється від менше ніж 5 %, що допустимо.

Остаточно прийняті числа витків (рис. 5.2)

(Сторона високої напруги 115 кВ) - 96 витків;

(Сторона низької напруги 6,3 кВ) - 75 витків.

Перевірка умови:

3,6∙41=9,2∙16

147,6=147,2

Рис. 5.2. Схема включення обмоток реле РНТ-565| в диференціальному захисті трансформатора (для однієї фази) без використання робочої обмотки

Для струмового захисту стандартних трансформаторів з схемами з'єднання обмоток Y/ коефіцієнт чутливості рекомендується визначати по вторинних струмах к. з. за допомогою формули (5.34). Розрахунковим видом пошкодження є двофазне к. з. за трансформатором. Струм в реле при двофазному к. з. за трансформатором Y/ у мінімальному режимі роботи системи, А

=1,5∙1,01∙10³/300=2,53. (5.26)

де - струм трифазного к. з. за трансформатором в точці К3 в мінімальному режимі роботи системи, А, з (4.20);

- коефіцієнт трансформації струму трансформатора струму на високій стороні 115 кВ, з (5.7).

Коефіцієнт чутливості при 2-х фазному к.з. в зоні захисту на стороні 10,5 кВ (точка К3 рис. 4.1) при остаточно вибраних числах витків і струмі спрацьовування реле при проходженні струму к. з. по стороні ВН, =2,44 А, (із 5.18)

=2,53/1,04=2,43.

Коефіцієнт =2,43>1,5, що задовольняє вимогам ПУЕ і ПТЕ.

Дата добавления: 2015-08-31