Проектирование электрической тяговой подстанции постоянного тока (стр. 6 из 11)
Максимальное значение активной нагрузки приходится на 9 часов Р=2800 кВт. В это время значение реактивной нагрузки Q=1120 Вар.
ST = (1+(2 + 10)/ 100)
=3388 кВ·А.N - кол-во преобразовательных агрегатов. На тяговой подстанции установлены два преобразовательных агрегата ПВЭ-3, следовательно, N=2.
SH.TP =3377/2=1688,5 кВ·А.
Выбор тягового трансформатора производим по [3], исходя из следующих данных:
- Номинальная мощность тягового трансформатора должна быть больше SH.TP =1688,5 кВ·А.
- Номинальное напряжение преобразователя ПВЭ-3 UdH=3,3 кВ.
- Номинальный ток преобразователя ПВЭ-3 IdH=3000 А.
- Номинальное напряжение вентильной обмотки тягового трансформатора U2=3,02 кВ.
- Номинальное напряжение сетевой обмотки – U1=10 кВ.
- Схема соединения вентильной обмотки – «две обратные звезды с уравнительным реактором».
Исходя из этих данных с учетом перспективы развития ж/д транспорта выбираем два тяговых трансформатора ТМПУ-16000/10 ЖУ-1, каждый из которых будет работать с преобразовательным агрегатом ПВЭ-3.
ТМПУ-16000/10 ЖУ-1 – трансформатор масляный, для полупроводниковых выпрямителей, с уравнительным реактором, мощностью 16000 кВ·А, на на номинальное напряжение сетевой обмотки 10 кВ·А, для ж/д транспорта, для умеренного климата.
Эл. хар-ки тяг. трансформатора ТМПУ-16000/10 ЖУ-1.
- Ном. U сетевой обмотки U1=10 кВ.
- Ном. U вентильной обмотки U2=3,02 кВ.
- Ном. ток преобразователя IdH=3000 А.
- Ном. U преобразователя UdH=3,3 кВ.
- Схема соединения первичной обмотки – «звезда».
- Схема соединения вторичной обмотки – «две обратные звезды с уравнительным реактором».
- Номинальная мощность тягового трансформатора SH =11400 кВ·А.
Номинальная мощность SH =11400 кВ·А меньше баковой мощности Sб =16000 кВ·А, потому что в баке тр-ра ТМПУ 16000/10, кроме сетевой и вентильной обмотки, размещен уравнительный реактор типа КРОМ-500 – катушка реактивная однофазная масляная.
2.2 Расчет уставок и параметров защит трансформаторов
Опыт эксплуатации показал, что трансформаторы достаточно надежное оборудование и при правильной эксплуатации случаи выхода их из работы сравнительно редки. Являясь основным видом оборудования п/ст. от исправности которого зависит электроснабжение потребителей, трансформаторы должны иметь защиты, исключающие или уменьшающие развитие аварии при возникновении повреждений и ненормальных режимов.
К основным повреждениям трансформаторов относятся: двухфазные и трехфазные короткие замыкания в обмотках и на их наружных выводах; замыкания между витками одной фазы (витковые замыкания); однофазные замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.
К ненормальным режимам работы трансформатора относят: протекание по его обмоткам токов выше номинальных при перегрузках и внешних коротких замыканиях (короткие замыкания на шинах низшего напряжения и отходящих от них линий), что приводит к повышению температуры обмоток и масла; понижение номинального уровня масла и др. [6]
Релейной защитой называется устройство состоящее из одного или нескольких реле, реагирующих на ненормальные режимы работы. Защита воздействует на выключатели и они отключают те элементы цепи, которые опасно оставлять в работе. Она также сигнализирует о начале ненормального режима работы (о перегрузке, утечке масла из трансформатора и т.п.).
Релейная защита должна обладать селективностью, быстродействием, чувствительностью и надежностью в работе. Селективность заключается в том, что при срабатывании релейной защиты отключается только поврежденный участок, а неповрежденные элементы остаются в работе, быстродействие необходимо, так как при снижении времени отключения поврежденного элемента уменьшаются размеры его разрушения при коротком замыкании и повышается устойчивость работы системы. Чувствительность - это способность реагировать на все виды повреждений и ненормальных режимов в самом начале их возникновения. Надежность - не должно быть случаев неправильного действия и отказов релейной защиты при ненормальных режимах работы [1]
Релейную защиту выполняют с помощью реле-приборов, способных реагировать на изменение определенного параметра, характеризующего режим работы установки. Различают реле прямого и косвенного действия. Вторые имеют небольшие размеры и на привод выключателя воздействуют через вспомогательную цепь.
Расчет релейной защиты заключается в определении типа защиты, первичного тока срабатывания, тока уставки срабатывания реле, времени срабатывания защиты.
Величина тока (напряжения), при котором начинает срабатывать и замыкать или размыкать свои контакты то или иное реле, называют током (напряжением) срабатывания реле.
Величина параметра, на которую настроено и при которой должно срабатывать реле, называют уставкой срабатывания реле. Величина тока (напряжения), при которой реле начинает возвращаться в исходное состояние, называется током (напряжением) возврата реле. Отношение тока возврата реле к току срабатывания реле называется коэффициентом возврата реле. [6]
2.2.1 Типы применяемых защит трансформаторов
Для выбранного силового трехобмоточного трансформатора ТДТН-20000/110 выбираем следующие типы релейных защит:
1 Дифференциальная защита от всех видов повреждений как внутри трансформатора, так и на его выводах.
2 Газовая защита от повреждений внутри трансформатора.
3 Максимальная токовая защита на сторонах ВН, СН и НН от сверхтоков, обусловленных внешними короткими замыканиями.
4 Токовая защита от перегрузки трансформатора.
5 Защита включения обдува трансформатора.
2.2.2 Газовая защита трансформатора
Применяется для защиты трансформаторов от внутренних повреждений. Ее действие основано на принципе реагирования на скорость выделения газов из изоляционных материалов или масла, появляющихся при нагреве деталей или дуговых процессов внутри трансформатора. Трансформатор соединяется с маслорасширительным бачком трубопроводом. При возникновении внутри трансформатора дуги вокруг нее начинается бурное газовыделение, давление в баке повышается, и поток масла вместе с газовыми пузырями устремляется через трубопровод в маслорасширитель. На этот поток масла и газов реагирует газовое реле, которое врезано в трубопровод, соеденяющий бак трансформатора с маслорасширителем.
Газовую защиту понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 выполняем с помощью газового реле РГЧЗ-66, которое представляет собой герметически закрытый корпус, наполненный маслом, внутри которого находятся сигнальный и отключающий элементы, выполненные в виде чашек. При нормальной работе трансформатора газовое реле полностью заполнено маслом, верхняя (сигнальный элемент) и нижняя (отключающий элемент) чашки удерживаются в верхнем положении. Контакты обоих элементов разомкнуты. При нарушении нормального режима работы трансформатора образование газов происходит с различной интенсивностью: бурно - при междуфазных коротких замыканиях, витковых замыканиях на корпус и медленно при разложении дерева и изоляции при их перегреве. Если выделение газов происходит с малой интенсивностью, то они, проходя из бака трансформатора в трубопровод, скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя масло. Когда уровень масла в газовом реле станет ниже дна чашки сигнального элемента, чашка, наполненная маслом, опускается под действием силы тяжести, поворачиваясь вокруг своей оси, замыкает свои контакты и создает цепь предупредительной сигнализации.
При бурном газовыделении давление в баке резко увеличивается и происходит бросок масла или смеси масла смеси и газов и трансформатора в расширитель. Под действием этого потока переворачивается чашка отключающего элемента и замыкает свои контакты, создавая цепь на отключение трансформатора.
Конструкция реле обеспечивает самовозврат обоих элементов в исходное положение после восстановления условий нормальной работы трансформатора.
Газовое реле имеет пластину, откалиброванную на уставку по скорости на 0,6 м/с, т.е когда скорость потока масла или смеси масла с газом достигнет значения 0,6 м/с, тогда чашка отключающего элемента опрокидывается, замыкая свои контакты и создавая цепь на отключение трансформатора.
Основные технические данные реле РГЧЗ-66:
рабочее напряжение - 110 В;
виброустойчивость - реле не замыкает своих контактов при вибрации (реле заполнено маслом);
уставка срабатывания реле - 0,6 м\с;
реле срабатывает на сигнал при наличии в корпусе реле
газа - 450 см3.
2.2.3 Дифференциальная защита трансформаторов
Дифференциальная защита применятся для защиты обмоток трансформаторов между фазами и на землю (бак трансформатора). Она защищает от междуфазных коротких замыканий и на землю не только обмотки трансформатора, но и выводы и ошиновку в пределах между трансформаторами тока, установленных со всех сторон защищаемого трансформатора.
Для защиты понижающих трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой применяются, в основном, реле типа ДЗТ с насыщающимися трансформаторами тока (НТТ) и магнитным торможением. [8]
Таблица 2.5 - Данные для расчета дифференциальной защиты трансформатора ТДТН-20000/110.
| Наименование величины | 115 кВ | 38,5 кВ | 11 кВ |
| Первичные номинальные токи трансформатора, А | 100,5 | 300 | 1050 |
| Коэффициент трансформации трансформаторов тока KTA=I1/I2 | 200/5=40 | 300/5=60 | 1000/5==200 |
| Схемы соединения трансформаторов тока | треугольник | треугольник | звезда |
Вторичные номинальные токи в плечах защиты, А  |  |  | 1050/200==5,25 |
| Коэффициент схемы |  | | 1 |
Определяем токи короткого замыкания, протекающие через защищаемый трансформатор в расчетных режимах, приведенные к стороне ВН. Для этого задаемся следующими параметрами: