Защита трансформатора ТМН-6300/35

Для защиты трансформаторов по ПУЭ должна предусматриваться релейная защита от следующих повреждений и ненормальных режимов работы:

1) Многофазные замыкания в обмотках и на выводах;

2) Однофазные замыкания в обмотках и на выводах в сетях с глухозаземленной нейтралью;

3) Межвитковые замыкания в обмотках;

4) От внешних коротких замыканий;

5) От перегрузки;

6) Понижения уровня масла;

7) От однофазных замыканий на землю в сетях 6-10 кВ с неизолированной нейтралью.

8) От обрыва фазы на стороне 35 кВ.

Для защиты трансформатора выбираем шкаф ШЭ2607 041 производства «Экра». Шкаф ШЭ2607 041 предназначен для защиты трансформатора с высшим напряжением 35 кВ.

Шкаф состоит из двух комплектов. Комплект 1, выполненный на базе микропроцессорного терминала БЭ2704V041, реализует функции основных и резервных защит трансформатора и содержит:

- дифференциальную токовую защиту трансформатора (ДЗТ) от всех видов КЗ внутри бака трансформатора,

- токовую защиту нулевой последовательности стороны ВН (ТЗНП),

- максимальную токовую защиту стороны высокого напряжения с пуском по напряжению (МТЗ ВН),

- максимальную токовую защиту стороны среднего напряжения с пуском по напряжению (МТЗ СН),

- максимальную токовую защиту стороны низкого напряжения первой секции с пуском по напряжению (МТЗ НН1),

- максимальную токовую защиту стороны низкого напряжения второй секции с пуском по напряжению (МТЗ НН2),

- защиту от перегрузки (ЗП),

- реле тока для блокировки РПН при перегрузке,

- токовые реле для пуска автоматики охлаждения трансформатора,

- реле минимального напряжения сторон СН, НН1 и НН2, реагирующие на понижение междуфазного напряжения для пуска по напряжению МТЗ ВН, МТЗ СН, МТЗ НН1, МТЗ НН2,

- реле минимального междуфазного напряжения сторон СН, НН1 и НН2, для блокировки РПН,

- реле максимального напряжения обратной последовательности сторон СН, НН1 и НН2 для пуска по напряжению МТЗ ВН, МТЗ СН, МТЗ НН1, МТЗ НН2,

- Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) стороны ВН трансформатора.

Кроме того, комплект 1 обеспечивает прием сигналов от газовой защиты трансформатора (ГЗТ), газовой защиты РПН трансформатора (ГЗ РПН), датчиков температуры, уровня масла, неисправности цепей охлаждения.

Функция УРОВ ВН комплекта 1 реализуют принцип индивидуального устройства, причем возможно выполнение универсального УРОВ как по схеме с дублированным пуском, так и по схеме с автоматической проверкой исправности выключателя.

Комплект 2 обеспечивает прием сигналов от отключающих ступеней газовых защит трансформатора, РПН и действует на отключение через две группы отключающих реле.

Питание оперативным постоянным током комплектов шкафа осуществляется от отдельных автоматических выключателей. Это позволяет обеспечить полноценную защиту трансформатора при возникновении неисправности в любом из комплектов.

Комплект 2 выполнен с помощью электромеханических реле, контактами которых осуществляется действие на выходную отключающую группу реле и отключение через терминал комплекта 1.

3.1.1 Дифференциальная защита

Основной функцией защиты терминала является трехфазная дифференциальная токовая защита с двумя ступенями - стабилизированной и мгновенной, что обеспечивает быстрое и селективное отключение коротких замыканий внутри обмотки трансформатора, а так же межвитковых замыканий.

Ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям:

1) Отстройки от тока небаланса;

2) Отстройки от бросков тока намагничивания при включении трансформатора.

1) Отстройки от тока небаланса:

(3.1)

где составляющая обусловленная разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах дифференциальной защиты;

составляющая, обусловленная регулированием напряжения и, следовательно, изменением первичного тока только на регулируемой стороне трансформатора;

составляющая, вызванная неточностью выравнивая магнитодвижущей силы с помощью уравнительных обмоток реле с НТТ.

(3.2)

где коэффициент апериодичности,

коэффициент однотипности,

относительное значение тока намагничивания,

максимальный ток короткого замыкания в точке К-1,

(3.3)

где относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора,

(3.4)

где токи в плечах защиты:

	(3.5)
	(3.6)

где номинальные токи трансформатора:

;

;

коэффициент схемы для соединения в звезду, на стороне высшего и низшего напряжения, ;

коэффициент трансформации трансформатора тока на стороне высшего и низшего напряжения:

Используем отпайку 100/5, ;

.

(3.7)

где коэффициент надежности

ток небаланса:

2) Отстройки от бросков тока намагничивания при включении трансформатора.

(3.8)

где коэффициент отстройки защиты от броска тока намагничивания

номинальный ток трансформатора на стороне высшего напряжения.

Принимаем большее значение

Проверим выбранную защиту на чувствительность:

(3.9)

где минимальный ток короткого замыкания в точке К-2, приведенный к стороне высшего напряжения:

(3.10)

где минимальный ток короткого замыкания в точке К-2,

следовательно, дифференциальная защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

3.1.2 Максимальная токовая защита

В качестве резервной защиты устанавливается максимальная токовая защита (МТЗ), срабатывающая при увеличении тока трансформатора сверх установленного тока срабатывания.

МТЗ защищает трансформатор от следующих повреждений и ненормальных режимов:

- Повреждения трансформатора, межвитковые короткие замыкания.

- Короткие замыкания на шинах или отходящих присоединениях.

(3.11)

где коэффициент надежности, ;

коэффициент самозапуска двигателей,

коэффициент возврата,

Определим ток срабатывания реле:

(3.12)

где К_сх- коэффициент схемы, К_сх= ;

I_с.з- ток срабатывания защиты;

n_ТА- коэффициент трансформации трансформаторов тока, n_ТА=600/5=120.

Проверим выбранную защиту на чувствительность:

(3.13)

где минимальный ток короткого замыкания в точке К-2, приведенный к стороне высшего напряжения,
.

следовательно, МТЗ удовлетворяет требованиям чувствительности.

3.1.3 Газовая защита

Газовая защита применяется от внутренних повреждений в трансформаторах, которые сопровождаются разложением масла и образованием газов.

Согласно ПУЭ установка газовой защиты обязательна для трансформаторов мощностью 6300 кВ× А и более.

При незначительных повреждениях объем выделяющихся газов и скорость их выделения невелики, опасные повреждения сопровождаются бурным газовыделением и движением масла по направлению к расширителю. Эти признаки используются при построении схемы защиты. Первая ступень газовой защиты действует на сигнал, вторая ступень – на отключение трансформатора без выдержки времени. В качестве чувствительного элемента защиты используется газовое реле, которое реагирует на появление газа и движение масла.

3.2. Выбор источников оперативного тока

В качестве источника оперативного тока выбираем шкаф оперативного постоянного тока ШОТ-220 предназначенный для питания напряжением постоянного тока 220В DC цепей устройств релейной защиты и автоматики на электрических станциях, трансформаторных подстанциях и распределительных пунктах, на объектах автоматики, телемеханики и связи для обеспечения бесперебойного электропитания.

Питание цепей постоянного тока осуществляется от выпрямительных (подзарядных) устройств и от встроенной аккумуляторной батареи. Питание самого шкафа оперативного тока выполнено от двух независимых источников (секций собственных нужд).

Система питания обеспечивает:

- Питание цепей РЗиА и приводов выключателей при наличии входного напряжения 2х220 В переменного тока;

- Автономное питание цепей РЗиА и приводов выключателей в дежурном режиме в случае исчезновения любых внешних источников напряжения:

- Защиту элементов системы и шинок питания от перегрузки, замыкания на землю и коротких замыканий;

- Возможность визуального контроля уровня напряжения, тока нагрузки, тока заряда/разряда аккумуляторной батареи и сопротивления изоляции цепей постоянного тока;

- Местную (световую) сигнализацию неисправности системы питания;

- Местную (световую) сигнализацию неисправности системы питания и цепей РЗиА распределительного устройства;

- Дистанционную (сухой контакт) сигнализацию неисправности системы питания и цепей РЗиА распределительно устройства;

- Местную (световую) и дистанционную (сухой контакт) сигнализацию срабатывания устройств релейной защиты и автоматики;

- Регистрацию событий с отметкой времени.

ШОТ имеет следующие функции:

- автоматическое переключение на резервный ввод при обесточивании основного ввода;

- заряд и подзаряд аккумуляторной батареи;

- защиту аккумуляторной батареи от глубокого разряда (по заказу);

- защиту выпрямителя от перегрузок и коротких замыканий в нагрузке;

- контроль сопротивления изоляции на отходящих линиях;

- контроль обрыва фаз в системе управления выпрямителя;

- цифровую индикацию выходного напряжения и тока нагрузки;

- внешнюю сигнализацию основных режимов работы выпрямителя.

Выбранное устройство совместимо с выбранными ранее ячейками ЗРУ-10 и терминалами релейной защиты.

3.3. Автоматика систем защиты элеткроснабжения

К устройствам автоматики, позволяющим автоматически управлять системами электроснабжения относится автоматическое повторное включение АПВ, автоматическое включение резерва АВР, автоматическая частотная разгрузка АЧР, автоматическая разгрузка по току АРТ, частотное автоматическое повторное включение ЧАПВ.

Воздействующей величиной устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР) является напряжение, частоту которого контролирует измерительный орган – реле частоты. Реле срабатывает при снижении частоты до заданного значения. Действие АЧР во многом аналогично действию защиты с относительной селективностью. И здесь селективность достигается выбором параметра срабатывания (частоты срабатывания) измерительного органа и выдержкой времени. При срабатывании АЧР отключает определенную часть потребителей, способствуя восстановлению частоты в системе электроснабжения.

В системах электроснабжения устройство Устройства автоматического включения резерва (АВР) контролирует положение выключателя рабочего источника питания и при его аварийном отключении включает резервный источник питания, а устройство автоматического повторного включения (АПВ) действует на включение выключателя, например, линии электропередачи после отключения ее релейной защитой. При этом в отличие от релейной защиты, для которой воздействующая величина имеет обычно характер непрерывного сигнала, на вход АВР и АПВ подаются дискретные сигналы, несущие информацию о положении контролируемого выключателя. Поэтому в устройствах АВР и АПВ отсутствуют измерительные органы. Положение выключателя фиксируется его вспомогательными контактами, замкнутыми при одном положении выключателя и разомкнутыми при другом. В первом случае их сопротивление близко к нулю, а во втором – очень велико. Это сопротивление и является входным дискретным сигналом АВР и АПВ.

3.3.1. Автоматический ввод резерва

Автоматический ввод резерва - способ обеспечения резервным электроснабжением нагрузок, подключенных к системе электроснабжения, имеющей не менее двух питающих вводов и направленный на повышение надежности системы электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении к нагрузкам резервных источников питания в случае потери основного.

Требования применяемые к АВР:

1. Находиться в состоянии постоянной готовности к действию и срабатыванию при прекращении питания потребителей по любой причине при наличии нормального напряжения на другом резервном, для данных потребителей, источнике питания. Что бы не допустить включение резервного источника на короткое замыкание, линия работающего источника, к моменту действия АВР, должна быть отключена выключателем со стороны шин потребителя. Признаком прекращения питания является исчезновение напряжения на шинах потребителя, при снижении напряжения до определенного значения, АВР приходит в действие.

2. Иметь минимальное возможное время срабатывания - это необходимо для сокращения продолжительности перерыва питания потребителей и обеспечение самозапуска электродвигателей.

3. Обладать однократностью действия, необходимого для предотвращения многократного включения резервного источника на не устранённое короткое замыкание.

4. Обеспечить вместе с защитой быстрое отключение резервного источника питания и его потребителей. От повреждённой резервной секции шин, для сохранения нормальной работы. Для этого предусматривается ускорение защиты после срабатывания АВР.

5. Не допускать опасных несинхронных включений синхронных двигателей и перегрузок оборудования.

В качестве цифрового терминала АВР выбираем БЭ2502А0201.

Условие выбора напряжения срабатывания АВР:

где К_u – коэффициент трансформации трансформатора напряжения,

К_u =100

U_с.р.1 = 0, 4∙ 6300/100 = 4, 2 В