Материал: 33333

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

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 ·19,5·(1-

-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,Всх,Ссх,Н}

коэффициент трансформации ТТ

40

80

120

Кi={Кiii};

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,Вi=63∙1,73/40;

I 1,В=IB,N∙Ксх,Вi=526∙1/80;

I 2,В=IB,N∙Ксх,Вi=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 / SN)=29/ /(230 /25);

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 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=63∙1,73/40;

I СР,РАСЧ,2= I СЗ,РАСЧ,2·Ксх,В/ Кi=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/(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/

I=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,Вi=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).