1.4.Вычисление параметров аварийных режимов.
В табл.5 приведены основные этапы расчета.
Примечания к расчету:
1. Расчетные формулы в основном приведены для одного трансформатора в режиме максимума энергосистемы. Схема замещения приводилась к напряжению обмотки ВН. Приведение к другим напряжениям осуществлялось через отношение средних номинальных напряжений сторон трансформатора.
2. Расчет сопротивлений обмоток трансформатора выполнялся для режимов максимума и минимума ЭС. Особенности режима максимума: питающие подстанцию линии нагружены и имеют наибольшие падения напряжения, а, следовательно, напряжение на обмотках ВН трансформатора минимально. С целью понижения коэффициента трансформации РПН трансформатора устанавливает минимальную отпайку регулировочной обмотки. При этом изменяются потоки рассеяния и напряжение опыта КЗ трансформатора. В результате можем получить минимальное значение сопротивления трансформатора, например ZВС, min.
3. Токи КЗ в режиме максимума определены из предположения, что источник питания обеспечивает номинальное напряжение. В режиме минимума предполагается, что напряжение источника питания повышается до максимального значения сети.
Таблица 5
Расчет токов короткого замыкания тяговой подстанции
Наименование |
Значение |
Обозначения и расчетные формулы |
||||
параметры трансформатора |
Заводской допуск напряжения кз |
0,05 |
Δuk |
|||
Напряжение опыта кз, приходящееся на обмотку, % |
13 |
uk,B=0,5(uk,BH +uk,BC- uk,CH)=0,5(20,0+12,5-6,5) |
||||
-0,5 |
uk,C=0,5(uk,CH +uk,BC- uk,BH)=0,5(6,5+12,5-20,0) |
|||||
7 |
uk,H=0,5(uk,BH +uk,CH- uk,BC)=0,5(20,0+6,5-12,5) |
|||||
Номинальное напряжение энергосистемы, кВ |
220 |
UN |
||||
Ср.наряжения сторон, кВ |
питающей сети |
230 |
UB,cp |
|||
тяговой сети |
27,5 |
UC,cp |
||||
район. нагрузки |
11 |
UH,cp |
||||
Режим энергосистемы |
МАКС |
МИН |
- |
|||
Включено трансформаторов |
2 |
1 |
2 |
1 |
n |
|
Граничные напряжения обмоток ВН, кВ |
202 |
258 |
UB,min; UB,max |
|||
Сопротивление ЭС, Ом |
29 |
67 |
ZC,min=UB,cp/(1,73·IC,max)=230/(1,73·4,6) ZC,max=UB,cp/(1,73·IC,min)=230/(1,73·2,0) |
|||
сопротивление сторон 27,5 кВ, Ом |
трансформатора |
230 |
288 |
ZBC,max=U2B,max·uk,BC+PO(1+Δuk)/(100·SN)=2022·13,4·(1+ +0,05)/(100·25) ZBC,min=U2B,min·uk,BC-PO(1-Δuk)/(100·SN)=2582·11,4·(1- -0,05)/(100·25) |
||
обмотки СН |
0 |
0 |
ZT,C=U2B,cp·uk,C/(100·SN)=2302·(-0,5)/(100·25) |
|||
обмотки ВН |
230 |
288 |
ZT,B,min =ZBC,min -ZT,C=230-0 ZT,B,max =ZBC,max -ZT,C=288-0 |
|||
от источника до шин |
144 |
259 |
211 |
355 |
Z27,5 min =ZC,min +ZBC,min=29+230 Z27,5 min =ZC,min +ZBC,min=230/2+29 Z27,5 max =ZC,max +ZBC,max=67+288 Z27,5 max =ZC,max +ZBC,max=288/2+67 |
|
сопротивление на стороне 10 кВ, Ом |
трансформатора |
302 |
570 |
ZBH,min=U2B,min·uk,BH-PO(1-Δuk)/(100·SN)=202 -0,05) /(100·25) ZBH,max=U2Bmax·uk,BH+PO(1+Δuk)/(100·SN)=258 20,4·(1+ +0,05) /(100·25)
|
||
обмотки НН |
72 |
282 |
ZT,H,min =ZBH,min -ZT,B,min=302-230 ZT,H,max =ZBH,max -ZT,B,max=570-288 |
|||
от источника до шин |
216 |
331 |
493 |
637 |
Z10,min =ZC,min +ZBH,min=29+302 Z10,min =331-230/2 Z10,max =ZC,max +ZBH,max=67+570 Z10,max =637-288/2 |
|
токи короткого замыкания, кА |
на стороне 110 кВ при кз на 27,5 кВ |
0,88 |
0,49 |
0,71 |
0,42 |
IBC,max=UN/(1,73·Z27,5 min)=220/(1,73·144) IBC,max=UN/(1,73·Z27,5 min)=220/(1,73·259) IBC,min=UB,max/(1,73·Z27,5 max)= 258/(1,73·211) IBC,min=UB,max/(1,73·Z27,5 max)= 258/(1,73·355) |
на стороне 27,5 кВ |
7,36 |
4,09 |
5,93 |
3,51 |
I27,5,max=IBC,max·UB,cp/UC,cp=0,88·230/27,5 I27,5,max=IBC,max·UB,cp/UC,cp=0,49·230/27,5 I27,5,min=IBC,min·UB,cp/UC,cp=0,71·230/27,5 I27,5,min=IBC,min·UB,cp/UC,cp=0,42·230/27,5 |
|
на стороне 110 кВ при кз на 10 кВ |
0,59 |
0,38 |
0,26 |
0,19 |
IBH,max=UN/(1,73·Z10 min)=220/(1,73·216) IBH,max=UN/(1,73·Z10 min)=220/(1,73·331) IBH,min=UN/(1,73·Z10 max)=220/(1,73·493) IBH,min=UN/(1,73·Z10 max)=220/(1,73·637) |
|
на стороне 10 кВ |
12,34 |
7,94 |
5,43 |
3,97 |
I10,max=IBH,max·UB,cp/UH,cp=0,59·230/11 I10,max=IBH,max·UB,cp/UH,cp=0,38·230/11 I10,min=IBH,min·UB,cp/UH,cp=0,26·230/11 I10,min=IBH,min·UB,cp/UH,cp=0,19·230/11 |
|
Таблица 6
Расчет дифференциальной защиты понижающего трансформатора
НАИМЕНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН |
ЗНАЧЕНИЯ |
РАСЧЕТНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ |
|||||
напряжение обмотки, кВ |
220 |
27,5 |
10 |
- |
|||
номинальный ток обмоток, А |
63 |
526 |
1314 |
IN={IB,N; IC,N; IH,N}; IB,N=SN/(1,73∙UB,N)=25000/1,73∙230; IC,N=SN/(1,73∙UC,N)=25000/1,73∙27,5; IH,N=SN/(1,73∙UH,N)=25000/1,73∙11 |
|||
коэффициент схемы |
1,73 |
1 |
1 |
Ксх={Ксх,В;Ксх,С;Ксх,Н}
|
|||
коэффициент трансформации ТТ |
40 |
80 |
120
|
Кi={Кi,В;Кi,С;Кi,Н}; Кi,В= I1,N/I2,N=63/5; Кi,C= I1,N/I2,N=526/5; Кi,H= I1,N/I2,N=1314/5 |
|||
вторичный ток плеча защиты, А |
2,7 |
6,6 |
10,9 |
IB={I ОСН,В;I1,В; I2,В}; I ОСН,В=IB,N∙Ксх,В/Кi,В=63∙1,73/40; I 1,В=IB,N∙Ксх,В/Кi,В=526∙1/80; I 2,В=IB,N∙Ксх,В/Кi,В=1314∙1/120 |
|||
расчет рабочей обмотки реле ДЗТ-11 по условию отстройки от броска тока намагничивания |
рекомендуемый коэффициент |
1,2 |
- |
- |
Кр=1,2-1,5
|
||
относительное сопротивление ЭС |
0,014 |
- |
- |
X*C=
ZC,min
/(U |
|||
уточненный коэффициент отстройки |
1 |
- |
- |
K*=2,1-3,7∙( X*C+1,15∙ X*B(1))=2,1-3,7∙(0,014+1,15∙0,24) |
|||
принятый коэффициент отстройки |
1 |
- |
- |
K=max(K*;1)
|
|||
расчетный ток срабатывания защиты, A |
63(76) |
I СЗ,РАСЧ,1=К∙I1,N=1∙63; (I СЗ,РАСЧ,2=К р∙I1,N)=1,2∙63 |
|||||
расчетный ток срабатывания реле, A |
2,72(3,29) |
I СР,РАСЧ,1= I СЗ,РАСЧ,1·Ксх,В/ Кi,В=63∙1,73/40; I СР,РАСЧ,2= I СЗ,РАСЧ,2·Ксх,В/ Кi,В=76∙1,73/40 |
|||||
уставка срабатывания, А |
3,00 |
- |
- |
I СР,ОСН>= I СЗ,РАСЧ
|
|||
намагничивающая сила срабатывания, А |
100 |
- |
- |
FСР |
|||
расчетное число витков |
33,3 |
- |
- |
W ОСН,РАСЧ= FСР/ I СР,ОСН=100/3
|
|||
принятое число витков |
33 |
- |
- |
W ОСН<= WР |
|||
минимальный ток срабатывания защиты, A |
70 |
- |
- |
I СЗ,min= FСР·Кi,В/(W ОСН·Ксх,В)=100·40/ 33·1,73 |
|||
расчет уравнительных обмоток |
расчетное |
- |
13,5 |
8,2 |
W 1,РАСЧ= W ОСН·I ОСН,В/ I 1,В=33·2,7/6,6; W 2,РАСЧ= W ОСН·I ОСН,В/ I 2,В=33·2,7/10,9
|
||
принятое |
- |
14 |
8 |
W У1; W У2
|
|||
погрешность ТТ |
0,1 |
ε |
|||||
расчетный ток короткого замыкания |
590 |
- |
- |
I ВСН,max |
|||
расчет тока небаланса параллельной работы на 27,5 кВ,А |
от погрешности трансформаторов тока |
59 |
-
|
- |
I’ НБ,РАСЧ=ε·I ВСН,max=0,1∙590
|
||
от регулирования напряжения |
35,4 |
-
|
-
|
I”НБ,РАСЧ=ΔU α·КТОК, α·I ВСН,max= 12∙0,5∙590
|
|||
от неточности установки витков реле |
-25 |
- |
-
|
I”’НБ,РАСЧ={(W 1,РАСЧ-W У1)·КТОК, 1/ W 1,РАСЧ-(W 2,РАСЧ-W У2)·КТОК, 11/ W 2,РАСЧ)}·I ВСН,max=={(13,5-14)·0,5/ 13,5-(8,2-8)·1/ 8,2)}·590 |
|||
суммарный |
119,4 |
- |
-
|
I ВСН,нб=|I’ НБ,РАСЧ | +|I”НБ,РАСЧ|+ |I”’НБ,РАСЧ|=59+35,4+25 |
|||
ток торможения параллельной работы,А |
на сторонах СН и НН |
- |
295 |
590
|
I С,ТОРМ= I ВСН,max·КТОК, 1=590∙0,5; I H,ТОРМ= I ВСН,max·КТОК, 11=590∙1
|
||
результирующий |
-
|
- |
411 |
I ВСН,ТОРМ= I H,ТОРМ-I С,ТОРМ·I 1В/ I 2В=590-295∙6,6/10,9
|
|||
одиночная работа и кз на 27,5 кВ,А |
расчетный ток кз |
- |
490 |
- |
I ВС,max
|
||
ток небаланса |
90 |
- |
- |
I ВС,нб={ε+ΔU α+(W 1,РАСЧ-W У1)/ W 1,РАСЧ)}·I ВС,max=={0,1+0,12+(13,5-14)/ 13,5)}·490
|
|||
ток торможения |
- |
490 |
- |
I BС,ТОРМ=I ВС,max
|
|||
одиночная работа и кз на 10 кВ,А |
расчетный ток кз |
- |
- |
380 |
I ВH,max
|
||
ток небаланса |
93 |
- |
- |
I ВH,нб={ε+ΔU α+(W 2,РАСЧ-W У2)/ W 2,РАСЧ)}·I ВH,max=={0,1+0,12+(8,2-8)/8,2)}·380
|
|||
ток торможения |
- |
- |
380 |
I BH,ТОРМ=I ВH,max
|
|||
тангенс угла торможения |
0,75 |
- |
- |
tgα |
|
коэффициент угла торможения |
1,50 |
- |
- |
КОТС |
|
расчет витков тормозной обмотки |
расчетное при параллельной работе |
- |
4,8 |
W ВСН,ТОРМ= КОТС·I ВСН,нб∙W 2,РАСЧ/ (I ВСН,ТОРМ· tgα)= 1,5·119,4∙8,2/ (411· 0,75) |
|
расчетное для одиночной работы при кз на 27,5 кВ |
- |
5 |
- |
W ВС,ТОРМ= КОТС·I ВС,нб∙W 1,РАСЧ/ (I ВС,ТОРМ· tgα)= 1,5·90∙13,5/(490·0,75)
|
|
расчетное для одиночной работы при кз на 11 кВ |
- |
-
|
4 |
W ВН,ТОРМ= КОТС·I ВН,нб∙W 2,РАСЧ/ (I ВН,ТОРМ· tgα)= 1,5·93∙8,2/(380·0,75)
|
|
принятое |
- |
5 |
- |
W ТОРМ>=max(W ВСН,ТОРМ;W ВС,ТОРМ; W ВН,ТОРМ) |
|
расчет чувствительности защиты при 2-фазном кз на стороне 11 кВ в минимальном режиме при параллельной работе |
расчетный ток кз, А |
130 |
130 |
260 |
I В,min= I ВСН,min· КТОК, α=260·0,5; I C,min= I ВСН,min· КТОК, β=260·0,5; I H,min= I ВСН,min |
ток плеча защиты, А |
4,89 |
12,62 |
40,52 |
I В,РАБ=0,87· I В,min·Ксх,В/Кi,В=130·0,87·1,73/40; I C,РАБ=0,87·I C,min·(U В,max/U C,max)·Ксх,C/ Кi,C=0,87·130·(258/28,9)·1/80 |
|
рабочая намагничивающая сила, А |
338
|
- |
F ВHC,РАБ= I В,РАБ∙W ОСН+I C,РАБ· W У1= 4,89∙33+12,62·14
|
||
тормозная намагничивающая сила, А |
- |
63,1 |
- |
FВСН,ТОРМ= I C,РАБ∙ W ТОРМ= 12,62∙5
|
|
рабочая намагничивающая сила срабатывания реле, А |
110
|
- |
-
|
FРАБ,СР(F ВHC,РАБ ;FВСН,ТОРМ) по кривой торможения реле
|
|
коэффициент чувствительности
|
- |
- |
3,07 |
К Ч,ВСН=F ВHC,РАБ/FРАБ,СР= 338/110
|
|
одиночная работа |
минимальные токи кз, А |
- |
420 |
190 |
I ВС,min;I ВН,min
|
коэффициент чувствительности |
- |
5,22 |
2,36 |
К Ч,ВС=0,87· I ВС,min/ I СЗ,min=0,87·420/70 К Ч,ВН=0,87· I ВН,min/ I СЗ,min=0,87·190/70 |
|
1.5 Расчет уставок дифференциальной защиты трансформатора.
Суть расчета: обеспечить отстройку от внешних КЗ на шинах НН и СН в режиме максимума ЭС, и обеспечить требуемый коэффициент чувствительности для режима минимума ЭС при КЗ в зоне действия защит. В данных условиях рекомендуется применение реле ДЗТ-11, содержащего тормозную обмотку и обеспечивающую отстройку от внешних КЗ (рис.4, рис. 5). Наиболее целесообразно включить тормозную обмотку на сумму токов плеч защиты сторон СН и НН. Увеличение числа витков тормозной обмотки улучшает отстройку от внешних КЗ, но ухудшает чувствительность защиты при параллельной работе.
Фактором, усложняющим расчет, является необходимость отстройки от бросков тока намагничивания. В отличие от реле РНТ, реле ДЗТ-11 плохо отстраивается от бросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора. Обычно увеличивают ток срабатывания защиты, что ведет к уменьшению чувствительности. Для достижения компромисса требуется более тщательный расчет отстройки от бросков тока намагничивания с учетом насыщения стержней магнитопровода, характеризуемого относительным сопротивлением X*в(1), В [ 9 ].Фрагмент расчета показан в табл.6. Ниже приводятся некоторые пояснения к расчету.
1. Выбор номинальных первичных токов трансформаторов тока (ТТ) осуществляется с учетом максимальных рабочих токов сторон трансформатора. Схемы соединения ТТ выбираются таким образом, чтобы компенсировать фазовый сдвиг в 30 эл. градусов, характерный для линейных токов сторон с различной схемой соединения обмоток. Векторные диаграммы и схема подключения обмоток реле ДЗТ-11 для рассматриваемого примера показаны на рис.4. Коэффициенты токораспределения Кток, , Кток, , Кток, I , Кток, II учитывают неравенство токов КЗ в месте повреждения и токов в соответствующих обмотках трансформатора (см. рис.3).
2. Коэффициент схемы Kсх вычисляется как отношение линейного тока (тока в плече защиты) к току во вторичной обмотке ТТ. В случае, если он имеет неодинаковые значения для различных плеч, то выбирается наибольший из тех, которые контролируются измерительными органами.
3. Расчет числа витков рабочей Wр и уравнительных WУ1, WУ2 обмоток производится в два этапа. На первом вначале определяется расчетное число витков основной стороны Wосн по условиям “тонкой” (Iсз, расч1) и “грубой” (Iсз, расч2) отстроек от броска тока намагничивания. Затем, по условию обеспечения равенства намагничивающих сил при номинальной нагрузке на стороне СН или НН, рассчитывается расчетное число витков W1расч для стороны СН и W2расч – для стороны НН. На втором этапе определяются витки рабочей и уравнительных обмоток реле, расчет которых зависит от схемы включения реле (см. рис. 4). В приведенной схеме на каждое плечо защиты включена только одна из рассматриваемых обмоток. Другие варианты даны в [8]. Округление числа витков обмоток проводится таким образом, чтобы получить минимальное значение тока небаланса реле.
4. Расчет тормозной обмотки и определение коэффициента чувствительности производится для 3-х режимов. Первый – КЗ на стороне 10 кВ при параллельной работе на шины 27,5 кВ. Второй и третий при одиночной работе трансформатора при КЗ на стороне НН или СН.
5. При расчете тока небаланса реле токи внешних КЗ приводятся к стороне ВН трансформатора. Учитывается, что регулирование напряжения осуществляется только на стороне ВН.
6. Результирующий ток торможения при КЗ на стороне 10 кВ при параллельной работе вычисляется с учетом торможения токами сторон НН и СН и приводится к обмотке торможения стороны НН трансформатора. При расчете тормозной обмотки Wторм тангенс угла торможения tg при рабочей намагничивающей силе, превышающей 200 А равен 0,75. В противном случае необходимо определить tg` по характеристикам торможения реле ДЗТ-11 исходя из значения максимальной намагничивающей силы расчетной обмотки Fраб, max (см. рис. 5).
7. Коэффициент чувствительности при параллельной работе трансформаторов определяется отношением намагничивающей силы при металлическом КЗ FВНС, раб к максимальной намагничивающей силе на границе срабатывания Fраб, ср. Последняя определяется по значениям FВНС, раб и намагничивающей силы тороможения FВНС, торм по тормозным характеристикам реле (см. рис.5). В остальных режимах коэффициенты чувствительности равны отношению токов КЗ к току срабатывания защиты.
В результате первичного расчета, приведенного в табл. 6, получен крайне низкий коэффициент чувствительности( Кч,ВСН =1), увеличить его можно за счет увеличения рабочей и уменьшения тормозной намагничиваюшей силы . Этого можно добиться за счет увеличения коэффициентов трансформации высокой и средней обмоток . Вторичный расчет, проведенный после выбора соответствующих трансформаторов тока , приведен в табл.6.1 ( получен Кч,ВСН =2.4).