Материал: Проект релейной защиты понижающего трансформатора ТРДН-32000/35

Введение

Энергетическая программа на длительную перспективу предусматривает дальнейшее развитие ЕЭС. Ввод в эксплуатацию линий электропередач высокого и сверхвысокого напряжения, электростанций большой мощности, интенсивное развитие основных и распределительных сетей чрезвычайно усложнили проблему управления.

В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты. Создаются и вводятся в эксплуатацию новые защиты для дальних ЛЭП, для крупных генераторов, трансформаторов и энергоблоков. Разрабатываются новые виды полупроводниковых дифференциально-фазных защит, которые проще и надежнее в эксплуатации.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок. При возникновении ненормальных режимов защита выявляет из и в зависимости от характера нарушения производит операции необходимые для восстановления нормального режима или подает сигнал дежурному персоналу.

В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей.

Основные требования предъявляемые к релейной защите:

Селективность.

Быстрота действия.

Чувствительность.

Исходные данные для проектирования.

Защищаемые трансформаторы - ТРДН - 32000/35.

Номинальные данные трансформатора:

Пределы регулирования:

Рисунок 1 - Главная электрическая схема подстанции, для стороны высшего напряжения.

Рисунок 2 - Схема стороны низшего напряжения подстанции 35 кВ

Назначения релейной защиты и предъявляемые к ней требования

В энергетических системах возникают повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, их распределительных устройств, линий электропередачи и электроустановок потребителей электрической энергии.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.

Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушение в месте повреждения и опасный нагрев неповреждённых линий и оборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения вызывает нарушение нормальной работы потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создаётся опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надёжная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.

При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы повреждённый участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подаёт сигнал дежурному персоналу.

Релейная защита должна удовлетворять следующим требованиям:

• 1. Селективность - основное требование к РЗ. Заключается в способности РЗ отключать при к.з. только поврежденный элемент, хотя ток к.з. протекает и по другим неповрежденным элементам энергосистемы. Для различных типов защит селективность обеспечивается различными способами. При селективной работе РЗ не происходит излишних отключений оборудования и потребителей, тем самым минимизируется ущерб от аварийной ситуации
• 2. Быстродействие - способность работать с минимально допустимой выдержкой времени. Без выдержек времени могут работать только защиты, обладающие абсолютной селективностью (дифференциальные, высокочастотные, первые ступени токовых защит - токовые отсечки). Для сетей с уровнем номинального напряжения 110-220 кВ предельное время отключения коротких замыканий составляет 0,3 - 0,5 с. Такие жесткие ограничения по скорости отключения коротких замыканий в сетях высокого напряжения определяются в первую очередь условиями обеспечения динамической устойчивости в энергосистеме. На низких напряжениях (6-35 кВ) время отключения к.з. может достигать нескольких секунд.
• 3. Чувствительность - способность релейной защиты реагировать на те отклонения от нормального режима, которые возникают в результате повреждения. Коэффициент чувствительности защиты характеризует отношение величины контролируемого параметра в режиме к.з. к величине порога срабатывания защиты.
• 4. Надежность - способность защиты безотказно действовать в пределах установленной для нее зоны и не работать ложно в режимах, при которых действие РЗ не предусматривается. Для повышения надежности работы РЗ используются устройства диагностики - тестового контроля и функционального диагностирования.

Выбор устройств релейной защиты понижающих трансформаторов

В соответствии с правилами электроустановок (ПУЭ) и руководящими указаниями по релейной защите (РУ по РЗ) на понижающих трансформаторах устанавливаются следующие типы защит:

• - дифференциальная токовая защита;
• - газовая защита;
• - максимальные токовые защиты с комбинированным пуском по напряжению от коротких замыканий;
• - максимальная токовая защита от перегрузки;
• - реле тока автоматики охлаждения трансформатора

Дифференциальная токовая защита - является основной быстродействующей защитой трансформатора от всех видов КЗ в обмотках и на их наружных выводах. Подключается она к ТТ на сторонах высшего и низшего напряжений трансформатора и действует на отключение всех его выключателей и на сигнал без выдержки времени.

В целях повышения надёжности действия и чувствительности защиты рекомендуется трёхфазное трёхрелейное исполнение с использованием дифференциальных реле типа РНТ-565 без торможения или реле типа ДЗТ-11 с торможением.

Дифференциальная защита с реле РНТ и ДЗТ-11 используется на трансформаторах мощностью до 40 МВА включительно, причём защита с реле ДЗТ-11 обеспечивает, как правило, более высокую чувствительность.

Дифференциальная защита с реле ДЗТ-21 используется на трансформаторах мощностью 63 МВА и выше. Она обеспечивает более высокую чувствительность при КЗ на выводах низшего напряжения трансформатора по сравнению с защитой с реле ДЗТ-11.

Дифференциальная защита с использованием микропроцессорных терминалов может применяться на трансформаторах мощностью не менее 10 МВА.

Газовая защита используется от всех видов повреждений внутри бака трансформатора, сопровождается выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла в баке.

Газовая защита выполняется с помощью:

• - газового реле типа BF-80/Q, реагирующего на повреждение в баке трансформатора;
• - газового реле типа RS-1000 (или URF-25/10), действующего при повреждениях в контакторном объёме устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН) трансформатора.

Газовое реле бака трансформатора содержит два элемента: сигнальный и отключающий. Сигнальный элемент срабатывает при повреждениях, сопровождающихся слабым газообразованием (например, витковые замыкания и повреждение изоляции между листами стали магнитопровода), а также при понижении масла в трансформаторе до его уровня. Действует он на сигнал без выдержки времени.

При повреждениях, вызывающих бурное выделение газа (например, при коротких замыканиях), повышается давление внутри бака и создаётся переток масла в сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной на реле скорости движения потока масла. Отключающий элемент реле срабатывает также при снижении масла в трансформаторе до его уровня. Действует он на отключение всех выключателей трансформатора и на сигнал без выдержки времени.

Газовое реле отсека РПН имеет один отключающий контакт, срабатывающий при повреждениях внутри бака и действующий на полное отключение трансформатора и на сигнал без выдержки времени.

Максимальные токовые защиты с пуском по напряжению являются защитами от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными короткими замыканиями. Устанавливаются они на сторонах высшего и низшего напряжений трансформатора. Защиты выполняются двухфазными с использованием токовых реле типа РТ-40.

Для повышения чувствительности МТЗ имеют комбинированный пусковой орган по напряжению, состоящий из фильтра-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и реле напряжения типа

РН-54, включённого на междуфазное напряжение. Питание пусковых органов по напряжению осуществляется от трансформаторов напряжения секций сборных шин 10 кВ.

МТЗ стороны низшего напряжения трансформатора, установленные к секциям шин 10 кВ, подключаются к трансформаторам тока и выполняются двухфазными. Предназначены они для отключения коротких замыканий на шинах 10 кВ и для резервирования отключения коротких замыканий на элементах, присоединённых к этим шинам.

МТЗ высшего напряжения трансформатора подключена к трансформаторам тока соединённым в треугольник. Такое выполнение защиты предотвращает неселективное действие её при замыканиях на землю, когда нейтраль трансформатора заземлена. Предназначена она для резервирования отключения короткого замыкания на шинах низшего напряжения, а также для резервирования основных защит трансформатора. Защита действует на сигнал и на отключение всех выключателей трансформатора с выдержкой времени, равной большей выдержке времени МТЗ стороны низшего напряжения трансформатора.

При микропроцессорном исполнении защит МТЗ подключаются на сторонах высшего и низшего напряжения, имеют трёхфазное трёхрелейное исполнение. Для повышения чувствительности они могут иметь комбинированный пусковой орган по напряжению.

МТЗ от перегрузки устанавливаются на стороне низшего напряжения, подключены к трансформаторам тока, выполнены с использованием тока одной фазы и одного токового реле типа РТ-40. Защиты действуют на сигнал с выдержкой времени.

На двухобмоточных трансформаторах без расщепления вторичной обмотки или при параллельном соединении частей вторичной обмотки МТЗ от перегрузки устанавливается со стороны высшего напряжения.

При микропроцессорном исполнении защит МТЗ от перегрузки устанавливают со всех сторон трансформатора, имеют однорелейное исполнение и действуют на сигнал с выдержкой времени.