Расчет системы электроснабжения

Расчет апериодической составляющей тока короткого замыкания (по методике изложенной в [18]):

 А;

 с,

где - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания (для РУ повышенного напряжения подстанции с [18]).

Расчет интеграла Джоуля :

 кА²∙с.

Здесь - максимальное время отключения повреждения на этом участке (включая действие релейной защиты).

Определяем номинальное  допускаемое значение апериодической составляющем в отключаемом токе для времени  (по [20]):

 кА,

где принята по [18].

Таким образом, видно  что выбранный выключатель удовлетворяет  всем требованиям.

 

6.2.3 Выбор предохранителей

 

В цепи трансформатора собственных нужд устанавливаем предохранитель типа ПКТ 101-10-2-20-31,5 У3.

 кВ; A; кA.

В цепи трансформатора напряжения выбираем предохранитель типа ПКН-001-10 У3.

 кВ; кA.

 

 

6.2.4 Выбор трансформаторов тока

 

Выбирается аналогично высокому напряжению.

Определим максимальный рабочий ток, протекающий по вводным  выключателям 10 кВ (при отключении одного из трансформаторов и включенном секционном выключателе):

;

 А;

 А;

 кА²∙с.

Выбираем трансформатор  тока типа ТЛМ-10 =600А, класс точности вторичной обмотки 0,5/10Р.

Данные расчётов сведены  в таблице 6.8

 

 

 

 

 

Таблица 6.8 – Выбор трансформаторов тока 10кВ

Расчётные данные	Данные ТЛМ-10
кВ	кВ
А	А
кА	кА
кА2∙с	кА2∙с
=0,76 Ом	Ом

 

Таблица 6.9 – Вторичная нагрузка трансформатора тока

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам, В∙А
		А	В	С
Амперметр	Э-365	0,5	-	-
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Счетчик	ЕвроАльфа	3,6	3,6	3,6
Итого:		4,6	3,6	4,1

 

Самая нагруженная Фаза «А». Общее сопротивление приборов:

 Ом.

Для ТЛМ -10 Ом.

Допустимое сопротивление  провода: Ом.

Для подстанции применяем кабель с алюминиевыми жилами, ориентировочная длина которого 60м.

 мм².

Принимаем контрольный  кабель АКРВГ с жилами сечением 4мм²

Ом.

Таким образом, вторичная  нагрузка составляет:

Ом.

 

6.2.5 Выбор трансформатора напряжения

 

Вторичная нагрузка трансформаторов  напряжения приведена в 

таблице 6.10

 

Таблица 6.10 – Вторичная нагрузка трансформатора напряжения 10кВ

Наименование прибора	Мощность, потребляемая одной катушкой, В∙А	cosφ	Потребляемая мощость
			Вт	В∙Ар	В∙А
Вольтметр Э762	9	1	9	0	9
Ваттметр Д585	10	1	10	0	10
Счетчик «ЕвроАльфа»	1,5	0,53	0,8	1,27	1,5
Итого по ТН:	-	-	19,8	1,27	19,8

 

Вторичная нагрузка трансформатора

;

 В∙А.

Выбираем два трансформатора напряжения НАМИ-10 У2. По одному на каждую систему шин.

Трансформаторы имеют  номинальную мощность в классе точности 0,5

 В∙А. то есть трансформатор будет работать в выбранном классе точности.

 

Выбор всего оборудования, его технические характеристики, приняты по [13].

 

 

 

       7  РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

 

 

7.1 Расчёт дифференциальной защиты

 

Дифференциальную защиту трансформатора выполняем на терминале  микропроцессорной защиты SPAD 346 C. Данный терминал реализует свои защитные функции в виде чувствительной дифференциальной защиты с торможением и блокировкой при броске токов намагничивания и при перевозбуждении и грубой дифференциальной отсечки. Так же модуль выполняет функции резервирования отказа выключателей (УРОВ).

Тормозная характеристика модуля представлена на рисунке 7.1. Как видно тормозная характеристика состоит из трех участков. На первом участке ток срабатывания защиты определяется начальной уставкой ( на графике). Этот участок характеристики предназначен для отключения повреждения в трансформаторе в режимах близких к режиму холостого хода, когда ток нагрузки не может создать большие токи небаланса.

Рисунок 7.1 – Тормозная характеристика терминала SPAD 346 C

 

Второй участок характеристики, наклонный, начинается с точки  и угол наклона ( ) (отношение к согласно рисунку 6.1) регулируется от 10% до 50%. Здесь защита отключает повреждения когда трансформатор работает в номинальном режиме.

Третий участок имеет  постоянный наклон 100% (отношение к ). Здесь задается величина тормозного тока, при котором происходит изменение крутизны тормозной характеристики ( ) и она может регулироваться в пределах от 1,0 до 3,0 . На этом участке осуществляется защита силового трансформатора от сквозных коротких замыканий.

В соответствии с вышеизложенным необходимо рассчитать и выбрать следующие уставки: выбор трех уставок тормозной характеристики (начального тока срабатывания наклона второй части тормозной характеристики и величины тормозного тока, при котором происходит изменение крутизны характеристики ), выбора тока срабатывания дифференциальной отсечки , выборе трех уставок блокировок (блокировки от броска тока намагничивания по отношению второй гармоники к составляющей основной частоты , блокировки от перевозбуждения по отношению пятой гармоники к составляющей основной частоты, при котором выводится блокировка от перевозбуждения ).

Методика выбора уставок срабатывания дифференциальной защиты SPAD 346 C взята из [27].

Рассчитываем номинальные токи трансформатора со стороны высокого и низкого напряжений:

.     (7.1)

Токи соответственно равны:

 А;  А.

Схема соединения обмоток  силового трансформатора Y/∆ в соответствии с этим для компенсации углового сдвига между вторичными фазными токами следовало бы соединить трансформаторы тока по схеме ∆/Y, как для дифференциальных защит на реле типа РНТ-565 и ДЗТ-11. Но терминал защит SPAD 346 C позволяет компенсировать данный угловой сдвиг даже при соединении трансформатором тока по схеме Y/Y, благодаря программному выравниванию фаз вторичных токов, реализованных в терминале. Поэтому принимаем схему соединения трансформаторов тока по высокой и низкой сторонам Y. Тогда коэффициент схемы будет равен .

Расчетные коэффициенты трансформации трансформаторов  тока:

; ; .  (7.2)

Принимаем к установке  трансформаторы тока со следующими коэффициентами трансформации: для стороны 110 кВ - ; для стороны 10 кВ - .

Рассчитываем вторичные токи трансформаторов тока в номинальном режиме:

; А; А. (7.3)

Особенностью терминала SPAD 346 C является то, что данный терминал позволяет производить программную корректировку не только углового сдвига вторичных токов, но производит корректировку коэффициента трансформации трансформаторов тока – уравнивание вторичных токов (аналог выставления витков на реле типа РНТ-565). Рассчитываем корректировку коэффициента трансформации трансформатора тока:

; ;    (7.4)

; .    (7.5)

После корректировки  фазового сдвига и коэффициента трансформации рассчитываем тормозной и дифференциальный токи:

; ,     (7.6)

где , - дифференциальный и тормозной ток соответственно.

 А;  А.

Находим значения этих токов  приведенных к номинальному:

; .

Преступаем непосредственно  к расчету уставок срабатывания дифференциальной защиты.

Первая зона характеризуется  начальным током срабатывания дифференциальной защиты, который выбирается по выражению (7.7) при тормозном токе в конце зоны , при этом принимается: коэффициент однотипности трансформаторов тока , полная погрешность трансформаторов тока , т.е. , неточность преобразования АЦП, выравнивания и т.п. . Силовой трансформатор ТМН-6300/110 имеет устройство РПН с пределами регулирования ±8х1,5%. Соответственно . Тогда ток небаланса будет равен:

.    (7.7)

Подставляя известные  величины получим значение:

.

Принимая коэффициент  отстройки  , получаем:

; .   (7.8)

Таким образом, без расчета  начальный ток срабатывания дифференциальной защиты можно принять равным .

На основании методики изложенной в [27] выбирать угол наклона на втором участке тормозной характеристики следует принимая сначала величину сквозного, а, следовательно, и тормозного тока и точку изменения наклона тормозной характеристики тоже (исходя из того, что номинальный ток трансформатора близок к номинальному току трансформатора тока). Напомним, что наклон второго участка тормозной характеристики выбирается по условию отстройки от максимального тока небаланса в переходном режиме.

Ток небаланса так  же рассчитывается по выражению (7.7), но :

.

Угол наклона  второй зоны тормозной характеристики определяется по выражению:

.     (7.9)

Подставляя значения:

.

Полученное значение получился более 0,4. Поэтому, согласно [27], следует проверить расчет при , но изменение наклона тормозной характеристики принять при .

Новое значение угла наклона  определяется:

; .    (7.10)

Принимаем .

В третьей зоне тормозной  характеристики практически всегда будет обеспечена отстройка от тока небаланса в переходном режиме внутренней блокировкой, в установившемся режиме – увеличением тока срабатывания за счет наклона тормозной характеристики равном 100%.

Чувствительность защиты можно не проверять так как  она всегда больше двух.

Блокировка по отношению  второй гармонической составляющей к основной можно принять 15%.

Блокировку по пятой  гармонической составляющей, согласно [27], не использовать, так как она не обеспечивает требования по перевозбуждению трансформаторов.

Ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается по выражению:

.     (7.11)

где ; ; - кратность максимального значения внешнего тока короткого замыкания по отношению к номинальному току трансформатора.

В нашем случае это трехфазное короткое замыкание на шинах 10 кВ подстанции. Тогда:

.

Получаем:

.

Полученные в результате расчетов уставки можно использовать для программирования терминала  микропроцессорной дифференциальной защиты SPAD 346 C.

Строим тормозную характеристику.

Рисунок 7.2 – Расчетная тормозная характеристика терминала

 

Точка А на рисунке 7.2 характеризует номинальный режим работы силового трансформатора (номинальные значения тормозного и дифференциального токов). Так как эта точка находится ниже тормозной характеристики, защита не будет ложно срабатывать в номинальном режиме работы.

 

7.2 Расчёт токовой отсечки и максимальной токовой защиты трансформатора

 

Токовая отсечка в трехфазном исполнении от всех видов коротких замыканий. Она отстраивается от максимального тока внешнего короткого замыкания который равен:

[таблица 5.1].

Тогда:

; .    (7.12)

где - коэффициент надежности, учитывающий ошибку в определении токов и необходимый запас, принимаемый .

Для проверки чувствительности необходимо знать одно- и двухфазные токи короткого замыкания на шинах 110 кВ подстанции, в минимальном режиме работы энергосистемы: