Релейная защита и автоматика элементов систем снабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Расчёт токов КЗ

Задание

система
Напряжение	110 кВ
мощность короткого замыкания Sк	4000 МВА
длина питающей ЛЭП ВЛ1 (ВЛ2)	12 км
главная понизительная подстанция (ГПП)
напряжение	6 кВ
тип и мощность трансформатора	ТРДН - 25000 кВА
нагрузка кабельной линии КЛ1 (КЛ2), Pкл1max= Pкл2max, tg	Pкл1max=4,0 МВт; tg=0,3
длина кабельной линии КЛ1 (КЛ2)	1,4 км
суммарная длина кабельных линий	20 км
распределительный пункт (РП)
тип и мощность электроустановки (отв. неотв)	КУ-900 квар
длина КЛ от электроустановки до РП	160 м
тип привода выключателя	электромагнитный
максимальное время срабатывания защиты на РП	0,8 с

Силовой трансформатор

Тип ТРДН - 40000/110 Его параметры:

Трёхфазный трансформатор с расщеплённой обмоткой низкого напряжения. Охлаждение выполнено в виде принудительной циркуляции воздуха и естественной масла. Имеет систему регулирования напряжения под нагрузкой.

Основные параметры
Номинальная мощность	40000 кВ.А
Номинальное напряжение трансформатора по «высокой» стороне.	115 кВ
Номинальное напряжение трансформатора по «низкой» стороне.	10,5
Диапазон регулирования устройства РПН.	±16%(±9х1,78%)
Напряжения КЗ среднее	10,5%
Напряжения КЗ min	9,84%
Напряжения КЗ max	11,72%
Потери короткого замыкания.	120 кВ
Потери холостого хода.	24 кВ
Ток холостого хода.	0,65%

Схема замещения

Схема замещения Воздушные линии ВЛ 1 и ВЛ 2

Для напряжения больше 35 кВ принимаем значение погонного реактивного сопротивления равным 0,42 ом/км

Считаю возможным пренебречь активным сопротивлением ввиду его незначительности.

Система

Сопротивление системы вычисляем по известной мощности короткого замыкания.

Определяю максимально допустимые отклонения напряжения на обмотке высокого напряжения трансформатора, которые возможно компенсировать с помощью РПН.



Определяю сопротивления трансформатора с РПН, приведенные к регулируемой стороне ВН:

Определяю реальные коэффициенты трансформации в крайних положениях РПН.

Кабельные линии КЛ 1 и КЛ 2

Номинальное напряжение в кабельной линии

Номинальный ток в кабельной линии

Косинус угла ц определяю из задания по данному его тангенсу.



По существующим нормам система должна кратковременно выдерживать нагрузки форсированного режима, при котором мощность удваивается при неизменном напряжении. При этом ток удваивается.

Расчёт сечения кабеля по экономической плотности.

Выбираю алюминиевый кабель с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемые в земле. Сечение токопроводящей жилы 150 мм². Максимальный длительно допустимый ток 300 А. Количество кабелей 2. 300х2=600 А.

Расчёт сопротивления кабельной линии

Ом / км

Кабельная линия КЛ3

Вычисляю номинальный ток



Расчет площади сечения кабельной линии 3 по экономической плотности:

Выбираю алюминиевый кабель с бумажной изоляцией в свинцовой оболочке, прокладываемые в земле. Сечение токопроводящей жилы 50 мм². Максимальный длительно допустимый ток 140 А. Количество кабелей 1.

I_доп = 140*1 = 140 А > 54,19 А._.

Расчет сопротивления кабельной линии 3:

Сопротивление КЛ к базовому напряжению

Определение сопротивлений до точки КЗ

Приводим сопротивления до точек КЗ к базовому напряжению (сторона ВН), тогда при расчете токов КЗ получим результат также приведенный к базовому напряжению.

Кабельная линия 1 (2):

Кабельная линия 3:

Сопротивления до точек КЗ

м



Токи двух и трёхфазных КЗ.

Минимальные и максимальные токи равны (РПН отсутствует).

КЗ в точке К3:

КЗ в точке К4:



Приведение токов КЗ к низкому напряжению

Точка К2:

Точка К3:

Точка К4:

Результирующие токи КЗ

	K1, А	K2, А	K3, А	K4, А
	min	max	min	max	min	max	min	max
I(3)k	7883,92	1056,03	2049,1	897,44	1735,84	823,5	1589,99
I(3)kнн		13415,01	18851,72	11397,488	15969,728	10458,45	14627,908
I(2)k		913,47	1772,48	776,3	1501,5	712,3	1375,3
I(2)kнн		11601,069	16306,816	9859,01	13813,8	9046,21	12652,76

2. Защита кабельных линий КЛ1 и КЛ2

Согласно ПУЭ на кабельных линиях устанавливается:

- Токовая отсечка (ТО)

- Максимальная токовая защита (МТЗ)

- Защита от однофазных замыканий на землю

Токовая отсечка

Ток срабатывания токовой отсечки выбираем по условию отстройки от максимального тока короткого трехфазного замыкания в конце линии

Тип реле	Котс линий	Котс трансформаторов
РТ-40	1,2-1,3	1,3-1,4
РТ-80	1,5-1,6	1,6
РТМ	1,4-1,5	1,6

Для токовых отсечек без выдержек времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функции дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки отсечки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.



Проверяю чувствительность

Согласно ПУЭ коэффициент чувствительности токовой отсечки должен быть больше 2, в данном случае это условие не выполняется, поэтому токовая отсечка не должна устанавливаться для защиты кабельных линий КЛ1 и КЛ2.

Максимальная токовая защита

Вычисляю ток срабатывания

где:

- Коэффициент возврата

- Коэффициент отстройки

- Коэффициент самозапуска

К^*_отс = 1,5-1,6 - коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии

Время срабатывания

Время срабатывания защиты выбирается из условий селективности и термической стойкости защищаемого элемента. Условие селективности МТЗ - первая ступень срабатывает с минимальной возможной задержкой (0,7 сек), все последующие имеют задержку времени, увеличенную на ступень селективности (0,55 сек).

Проверка по чувствительности.

Поскольку за кабельной линией находится еще две зоны защиты (точки К3 и К4), МТЗ будет работать как основная защита при КЗ в точке К3 и как резервная при КЗ в точке К4. Соответственно чувствительность МТЗ необходимо проверять для этих двух режимов:

Основной режим:

Коэффициент чувствительности для МТЗ в основном режиме должен быть больше 1,5, в данном случае это условие выполняется, следовательно защита чувствительна. Резервный режим:

Коэффициент чувствительности для МТЗ в резервном режиме также должен быть больше 1,5, в данном случае это условие выполняется, следовательно, защита чувствительна.

Защита от замыканий на землю

Ток срабатывания защиты выбирают из условия несрабатывания защиты при внешнем однофазном замыкании на землю.



где

- Коэффициент отстройки

- Коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги

- Установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения

- емкостной ток линии

- Удельный емкостной ток однофазного замыкания на землю

Проверка чувствительности:

где:

Коэффициент чувствительности для ЗНЗ должен быть больше 2, в данном случае это условие выполняется, следовательно защита чувствительна.

3. Защита понижающих трансформаторов

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах согласно нормам должны быть предусмотрены следующие виды защит:

- Продольная дифференциальная защита на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более, или токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита;

- Токовая отсечка на стороне питания, если не предусматривается дифференциальная защита;

- Максимальная токовая защита;

В данном случае мощность трансформатора 10 МВА, поэтому необходима продольная дифференциальная защита и МТЗ. Токовая отсечка отсутствует.

Продольная дифференциальная защита

Первичные токи трансформатора

Первоначально необходимо вычислить первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности и мощности в режиме перегрузки.

Первичный ток со стороны ВН:

где

- Перегрузочный коэффициент

Первичный ток со стороны НН:



Выбор измерительных трансформаторов тока

Далее необходимо выбрать измерительные трансформаторы тока. Основное условие - коэффициенты трансформации целесообразно выбирать такими, чтобы вторичные токи не превышали 5А.

Сторона ВН:

где:

- Коэффициент схемы, обусловленный соединением измерительных трансформаторов на стороне ВН в треугольник

Выбираем трансформатора тока серии ТГФ-110.

Его параметры:

Номинальный коэффициент трансформации А/А 400/5

Номинальное напряжение, кВ 110

Сторона НН:

=400

где:

- Коэффициент схемы, обусловленный соединением измерительных трансформаторов на стороне НН в звезду

Выбираю трансформатор тока серии ТЛШ-10 2000/5

Его параметры:

Номинальный коэффициент трансформации А/А 2000/5

Номинальное напряжение, кВ 10

Проверка вторичных токов

Далее необходимо произвести проверку вторичных токов:

Сторона ВН:

Сторона НН:

Ток срабатывания защиты

Вычисляю ток срабатывания защиты. Для этого необходимо выбрать основную сторону. Выбираю сторону высокого напряжения, так как на ней больший ток в трансформаторах тока. Ток срабатывания защиты выбирают из условия отстройки от номинального тока трансформатора, соответствующего напряжению среднего ответвления РПН и номинальной мощности трансформатора к стороне ВН.

где:

- Коэффициент отстройки

Вычисляю ток срабатывания реле

Число витков обмотки НТТ

Вычисляю число витков обмотки НТТ



где

- МДС срабатывания реле

Ток небаланса максимальный

Где:

Составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока

- Коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты апериодических токов при КЗ

- Коэффициент однотипности ТА

- Погрешность ТА

Периодическая составляющая тока через трансформатор при внешнем КЗ



Составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения

-

Составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью числа витков на трансформаторах

Выбор числа витков тормозной обмотки НТТ

где:

- Коэффициент отстройки

- Тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле, для реле типа ДЗТ-11 принимаем равным 0,75.

Проверка чувствительности



где:

Для обеспечения надежной работы защиты коэффициент чувствительности должен быть больше 2, в данном случае это условие выполняется, следовательно защита чувствительна.

Максимальная токовая защита

Ток срабатывания защиты

где:

- Коэффициент отстройки - Коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей

- Коэффициент возврата

Проверка чувствительности

Поскольку МТЗ трансформатора работает также как резервная защита, дублирующая предыдущие защиты (защиту КЛ1, КЛ2) коэффициент чувствительности необходимо считать как для основного, так и для резервного режимов работы.



Для обеспечения чувствительности достаточно, чтобы коэффициент чувствительности основной защиты был больше 1,5, а резервной - больше 1,2, в данном случае это условие выполняется, следовательно защита чувствительна.

Выдержка времени

Выдержка времени МТЗ должна обеспечивать отстройку по времени от выдержки времени предыдущих защит (МТЗ КЛ1 и КЛ2), поэтому:

где:

- Выдержка времени предыдущей защиты (МТЗ КЛ1, КЛ2)

Выдержка времени для трансформаторов напряжением 110 кВ и выше не должна превышать 3 сек. Условие выполняется.

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки устанавливается в одной фазе и действует на сигнал.

Ток срабатывания защиты

где:

- Коэффициент отстройки

Газовая защита

Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних повреждений (витковые замыкания, междуфазные короткие замыкания внутри трансформатора, понижение уровня масла). При незначительном газообразовании (витковые замыкания) газовая защита действует на сигнализацию. При бурном газообразовании (междуфазные короткие замыкания) или при сильном понижении масла (повреждение бака и утечка масла) газовая защита дает команду на отключение трансформатора.

Защита выполняется на реле РГЧЗ-66. Чувствительность отключающего элемента, может изменятся в зависимости от скорости потока масла 0,6 - 1,2 м/cек.

Выдержка времени отключающего элемента составляет 0,1 - 0,15 сек при скорости потока масла, превышающий его уставку в 1,5 раза.

замыкание трансформатор перегрузка конденсаторный

4. Защита конденсаторных установок

Основной вид повреждений конденсаторных установок - пробой конденсаторов - приводит к двухфазному короткому замыканию. В условиях эксплуатации возможны также ненормальные режимы, связанные с перегрузкой конденсаторов высшими гармониками тока и повышением напряжения. От повреждений и ненормальных режимов конденсаторных установок предусматривается защита, действующая при многофазных КЗ, перегрузках и повышении напряжения.

Защита от многофазных коротких замыканий

Защита предусматривается для всей конденсаторной установки в целом. В сетях напряжением выше 1000 В она выполняется предохранителями или двухфазной токовой отсечкой.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя и ток срабатывания защиты рассчитывается

где

- коэффициент отстройки, принимаем 2,

- номинальный ток конденсаторной установки.

Принимаем двухфазную двухрелейную схему защиты.

Ток срабатывания реле

где - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Трансформатор тока выбираем по номинальному току конденсаторной установки .

Чувствительность защиты:

Защита от перегрузки

Данная защита предусматривается в тех случаях, когда возможна перегрузка конденсаторов высшими гармониками тока из-за непосредственной близости мощных выпрямительных установок. Защита выполняется общей для всей конденсаторной установки и действует на ее отключение с выдержкой времени порядка .Ток срабатывания защиты определяется



Защита от повышения напряжения

Защита устанавливается, если при повышении напряжения к единичному конденсатору может быть длительно приложено напряжение более 1,1 U_ном. Защита выполняется одним максимальным реле напряжения и реле времени

Напряжение срабатывания определяется условием:

Выдержка времени принимается равной Предусматривается АПВ конденсаторной установки после восстановления первоначального уровня напряжения, но не ранее, чем через 5 минут после ее отключения.



Список литературы

1. Методические указания к курсовому проектированию для студентов «Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения». - В.: ДВГТУ, 2000.

2. Правила устройства электроустановок./ Минэнерго СССР - 6-е издание, перераб. и допол..-М: Энергоатомиздат, 1986. - 648 с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ. Расчеты. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ. Схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991. - 496 с.

6. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчет допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.

7. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. -4-е изд., перераб. и допол. - М.: Энергоатомиздат.1989. - 608 с.

Размещено на Allbest.ru

...