Проектирование электрической тяговой подстанции постоянного тока (стр. 7 из 11)

S_{KC max}=3500 мВА - мощность короткого замыкания на вводах 115 кВ в максимальном режиме.

S_{KC min}=2000 мВА - мощность короткого замыкания на вводах 115 кВ в минимальном режиме.

X_{C max}=U_cp²/ S_{KC max}=115²/3500=3,78 Ом; - сопротивление системы в максимальном режиме[6]

X_{C min}=U_cp²/ S_{KC min}=115²/2000=6,61 Ом; - сопротивление системы в минимальном режиме

U_K1 = 0,5(U_{K I-II} + U_{K I-III} - U_{K II-III}) = 0,5(17+0,5-6) =10,75%

U_K2 = 0,5(U_{K I-III} + U_{K II-III} - U_{K I-III}) = 0,5(17+6-10,5) = 6,25%

U_K3 =0,5(U_{K II-III} +U_{K I-III} -U_{K I-II}) = 0,5(10,5+6-17) = -0,25% » 0

X_TP1 = (U_K1/100)(U_CP²/S_{H. TP}) = 10,75×115²/100×20 = 71,08 Ом -сопротивление обмотки ВН трансформатора

X_TP2 = (U_K2/100)(U_CP²/S_{H. TP}) = 6,25×115²/100×20 = 41,32 Ом -сопротивление обмотки СН трансформатора

X_TP3 = (U_K3/100)(U_CP²/S_{H. TP}) = 0 Ом -сопротивление обмотки НН

трансформатора [6]

Определяем токи короткого замыкания на шинах 11 кВ и 38,5 кВ для максимального режима:

I_Kmax10 = U_1ном /

×X_max10 = 115000/ ×74,86 = 888 A

I_Kmax35 = U_1ном /

×X_max35 = 115000/ ×116,18 =572,16 A

Определяем токи короткого замыкания на шинах 11 кВ и 38,5 кВ для минимального режима:

I_Kmin10 = U_1ном /

×X_min10 = 115000/ ×77,69 = 855 A

I_Kmin35 = U_1ном /

×X_min35 = 115000/ ×119,01 =558,6 A

I⁽¹⁾_Kmin110 = U_1ном /

×X_cmin = 115000/ ×6,61 = 10056,6 A

Расчет дифференциальной защиты понижающего трансформатора

ТДТН-20000/110 производим для реле ДЗТ-11. Рабочая (дифференциальная) обмотка установлена на стороне 115 кВ.

Ток срабатывания защиты

I_{с. з.}³ K_н× I_н, где[8]

I_н = 100,5 А - номинальный ток обмотки ВН трансформатора

ТДТН-20000/110.

K_н = 1,5 - коэффициент надежности учитывающий ошибку реле ДЗТ-11 и необходимый запас.

I_{с. з.} = 1,5 × 100,5 = 150,75 А

Ток уставки срабатывания реле:

I_у.с.р. = I_с.з.× K_cx/K_та = 150,75 ×

/40 = 6,52 А

Определяем число витков рабочей обмотки, установленной на стороне 115 кВ

w_p = F_cp/I_у.ср, где

F_cp = 100 А × вит - магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для срабатывания реле ДЗТ-11.

w_p = 100/6,52 = 15,34. Принимаем ближайшее целое число витков рабочей обмотки, которое можно выставить на реле ДЗТ-11

w_p = 16 витков.

Уравнительные обмотки установлены на сторонах СН и НН трансформатора. Число витков уравнительных обмоток определяем из условия уравновешивания намагничивающих сил в реле ДЗТ-11, создаваемых номинальными токами в рабочей и уравнительной обмотках.

I_п^I× w_p = I_п^II× w_y1p = I_п^III× w _y2p

Для стороны 38,5 кВ:

I_п^I× w_p = I_п^II× w_y1p

w_y1p = I_п^I× w_p/ I_п^II = 4,35 × 16 / 8,65 = 8,04 витков. Принимаем w_y1p = 8 витков.

Для стороны 11 кВ:

I_п^I× w_p = I_п^III× w_y2p

w_y2p = I_п^I× w_p/ I_п^III = 4,35 × 16 / 5,25 = 13,25 витков. Принимаем w_y2p = 14 витков.

Определяем наибольший ток небаланса при трехфазном коротком замыкании.

I_нб = (K_a× K_одн×e + DU_рег + Df_выр) × I_{k max,} где

K_a = 1 - коэффициент, учитывающий переходный режим токов короткого замыкания;

K_одн = 1 - коэффициент однотипности трансформаторов тока;

e = 0,1 - допускаемая относительная погрешность трансформаторов тока;

DU_рег = 0,16 - относительная погрешность обусловленная регулированием напряжения;

Df_выр - относительная погрешность от неточного выравнивания токов плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле точного числа витков;

I_{k max} - максимальное значение тока короткого замыкания (на стороне ВН) при коротком замыкании на стороне СН или НН трансформатора.

Df_выр = (w_y - w_yp) / w_yp

для стороны 38,5 кВ

I_нб = (K_a× K_одн×e+DU_рег+(w_y1 - w_y1p) / w_y1p) × I_{k max35}=(1 × 1 × 0,1 + 0,16 + +(8,04 - 8) / 8) × 572,16 = 151,62 А

для стороны 11 кВ

I_нб = (K_a× K_одн×e+DU_рег+(w_y2 - w_y2p) / w_y2p) × I_{k max10}=(1 × 1 × 0,1 + 0,16 + +(14 - 13,25) / 13,25) × 888 = 281,14 А

Принимаем наибольший ток небаланса I_нб = 281,14 А.

Тормозная обмотка включена на сумму токов плеч защиты сторон СН и НН трансформатора. Число витков тормозной обмотки выбирается, исходя из условия надежного несрабатывания защиты при внешних коротких замыканиях.

w_т³ (K_з× I_{нб max}× w_расч) / I_{k max}× tga, где

K_з - коэффициент запаса;

tga = 0,87 - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания, соответствующей минимальному торможению;

w_расч = 15,34 витков - расчетное число витков рабочей обмотки.

w_т = 1,5 × 281,14 × 15,34 / 888 × 0,87 = 8,37 витков.

Принимаем ближайшее большее число витков тормозной обмотки, которое можно выставить на реле ДЗТ-11

w_т = 9 витков.

Определяем коэффициент чувствительности защиты:

К_ч = I_{k min}⁽²⁾× w_p / F_ср, где[6]

I_{k min}⁽²⁾ - значение минимального тока двухфазного короткого замыкания.

для короткого замыкания на стороне 11 кВ

I_{k min}⁽²⁾ = 1,5 × I_{k min10} / К_та = 1,5 × 855 / 40 = 32,06 А

К_ч10 = 32,06 × 16 / 100 = 5,12 > 2

для короткого замыкания на стороне 38,5 кВ

I_{k min}⁽²⁾ =

× I_{k min35} / К_та = × 588,6 / 40 = 24,16 А

К_ч35 = 24,16 × 16 / 100 = 3,87 > 2

для короткого замыкания на стороне 115 кВ

К_ч115⁽¹⁾ = I_{k min115}⁽¹⁾× w_p / К_та× Fср = 10056,6 × 16 / 40 × 100 = 40,23 > 2

Для защиты понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 используем трехфазную дифференциальную защиту без выдержки времени, в трехрелейном исполнении с реле ДЗТ-11.

2.2.4 Максимальная токовая защита понижающего трансформатора ТДТН-20000/110

Максимальная токовая защита (МТЗ) применяется для защиты трансформаторов для защиты от внешних коротких замыканий и как резервная от внутренних повреждений, т.е. резервирует газовую и дифференциальную защиту, т.к. имеет выдержку времени и поэтому является небыстродействующей.

МТЗ трехобмоточного трансформатора устанавливается с трех сторон, т.е. на стороне ВН, на стороне СН и стороне НН

МТЗ понижающего трансформатора на стороне ВН.

МТЗ понижающего трансформатора ТДТН-20000/110 на стороне ВН выполняется с пуском по напряжению, с выдержкой по времени, в трехрелейном исполнении.

Ток срабатывания МТЗ принимаем больший из двух значений:

I_с.з.1 = К_н× I_н.тр / К_в и I_с.з.2 = К_с× I_с.з^', где[5]

К_н = 1,2 - коэффициент надежности защиты;

К_в = 0,85 - коэффициент возврата реле;

I_н.тр = 100,5 А - номинальный ток первичной обмотки понижающего трансформатора ТДТН-20000/110;

К_с = 1,1 - коэффициент селективности действия защиты, вводимый для того, чтобы по отношению к одному и тому же значению тока чувствительность защиты, расположенной ближе к источнику питания была меньше чувствительности защиты, расположенной дальше от источника питания[3]

I_с.з^' - большее значение пересчитанного на напряжение 115 кВ тока срабатывания максимальной токовой защиты вводов распредустройства СН (38,5 кВ) и НН (11 кВ).

I_с.з^' = I_с.з / К_т, где

К_т = U_BH / U_CH - коэффициент трансформации трансформатора ТДТН-20000/110;

для стороны НН

I_с.з. = К_н× I_н.тр / К_в = 1,2 × 1050 / 0,85 = 1482,35 А;

I_с.з^' = 1482,32 / (115/11) = 141,79 А;

для стороны СН

I_с.з. = К_н× I_н.тр / К_в = 1,2 × 300 / 0,85 = 423,52 А;

I_с.з^' = 423,52 / (115/38,5) = 141,79 А.

Т. к. I_с.з^' для стороны НН и I_с.з^' для стороны СН равны, то принимаем

I_с.з^' = 141,79 А.

I_с.з.1 = 1,2 × 100,5 / 0,85 = 141,88 А и

I_с.з.2 = 1,1 × 141,79 = 155,97 А.

Принимаем ток срабатывания МТЗ на стороне ВН

I_с.з. = I_с.з.2 = 155,97 А.

Ток срабатывания реле:

I_у.ср = К_сх× I_сз / К_та =

× 155,97 / 40 = 6,75 А

Принимаем к установке токовое реле РТ-40/10 и реле времени

ЭВ-231 (t_ср=0,5-9 с)

Со стороны ВН трансформатора для повышения чувствительности МТЗ дополняется блокировкой (пуском) по напряжению. Реле минимального напряжения подключается к трансформаторам напряжения, устанавливаемым на сторонах СН и НН.