Релейная защита воздушной ЛЭП (линий электропередач) 10 кВ от коротких замыканий и ненормальных режимов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Псковский государственный университет»

Кафедра электроэнергетики

Электромеханический факультет

Контрольная работа

по дисциплине: «Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения»

Тема: «Релейная защита воздушной ЛЭП 10 кВ от коротких замыканий и ненормальных режимов»

Выполнил: Светлов Д.В.

Группа: 1023-02С

Специальность 140400

Преподаватель: Маркевич А. И.

Псков 2015



Оглавление

Введение

Задание

1. Расчет токов КЗ в точках К1 и К2

1.1 Расчитаем ток КЗ в точке К1

1.2 Рассчитаем ток КЗ в точке К2

2. Расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ

Литература

.



Введение

короткий замыкание трансформатор ток

Надежность энергоснабжения потребителей невозможно обеспечить без автоматического управления элементами системы электроснабжения и их защиты от аварийных и ненормальных режимов.

Системы электроснабжения (СЭС) являются сложными производственными объектами, элементы которых участвуют в едином производственном процессе, особенностью которого является быстротечность явлений, включая и повреждения аварийного характера. Поэтому надежная и экономичная работа систем электроснабжения возможна только при автоматическом управлении ими. Для этих целей используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и электросетевой автоматики. Рост потребления электроэнергии и усложнение систем электроснабжения требуют постоянного совершенствования этих устройств. Сегодня этот процесс идет по пути более широкого использования микропроцессорной и цифровой техники. На базе микропроцессорных комплексов разрабатываются интегрированные системы управления электрическими станциями и подстанциями, где все функции релейной защиты, автоматики и оперативного управления совмещены, предусматривается фиксация параметров в действии релейной защиты доаварийного и аварийного режимов и передачи их на расстоянии.

Одновременно широко применяются и простейшие средства защиты и автоматики: предохранители, автоматы, магнитные пускатели, электротепловые элементы. Надежно работают простые токовые защиты на базе электромеханических реле, устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного питания (АВР) и автоматической частотной разгрузки (АЧР).



Задание

Выбрать схемы защит, тип реле и источник оперативного тока для релейных защит воздушной ЛЭП (Л₃) (рис. 1.) от коротких замыканий и ненормальных режимов, (МТЗ, ТО, защита от замыкания на землю).

Рассчитать токи срабатывания защит и выдержек времени. Проверить чувствительность защит, рассчитав токи КЗ для характерных точек (К1, К2).

Расчетная электрическая схема приведена на рис.1. Исходные данные - S_кз системы, Л₁, Л₂, Л₃, Р_М1, S_Н1 взять из таблицы №1, номер варианта соответствует номеру в списке учебной группы студентов.

Рисунок 1- Схема для расчета тока КЗ

Таблица 1- Исходные данные для выполнения контрольной работы

Варианты	Мощность КЗ системы	Номиналь-ная мощность	Данные по потребителям	Данные по автоматике
		Трансформа-торы Т1, Т2	Двигатели М1, М2	Н1 (Н2)	Н3 (Н4)	Длина линии
				Наг-руз-ка	Уставки защиты	Наг-руз-ка	Уставки защиты
	SКЗ	SН	РД	SНУ	tсз	Iсз	SНУ	tсз	Iсз	Л3Л4	Л1Л2	АВР	АПВ
	МВА	МВА	МВт	МВА	С	кА	МВА	С	кА	км	км	-	-
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
19	2700	40	1,0	2,0	0,8	0,30	4,8	2,0	0,8	2,0	9	Q2	-



1. Расчет токов КЗ в точках К1 и К2

Короткое замыкание - это явление в электротехнике, которое сопровождается замыканием (электрическим соединением) между собой двух или трех фаз, фазы на нулевой проводник, замыкание фазного проводника на землю в сетях с глухозаземленной, а также эффективно заземленной нейтралью в трехфазной сети. Кроме того, коротким замыканием является межвитковое замыкание в электрических машинах.

Характерные особенности данного процесса - это значительное увеличение тока и падение напряжения. Рост тока происходит до значений, превышающих номинальный в несколько раз.

Общепринятое буквенное сокращение данного явления - КЗ. В зависимости от количества замыкаемых фаз различают несколько видов коротких замыканий. Для наглядности изобразим схемы, которые иллюстрируют тот или иной тип КЗ в трехфазной электрической сети.

Вероятность возникновения однофазных коротких замыканий наиболее высока и составляет более 60% от общего количества КЗ. Двухфазные КЗ, в том числе на землю, возникают реже, вероятность возникновения данной аварийной ситуации - 20%. Трехфазные КЗ встречаются достаточно редко, вероятность их возникновения - 10%.

1.1 Расчитаем ток КЗ в точке К1

Составим схему замещения. В схеме учитываем только индуктивные сопротивления элементов (рис. 1а).

Рисунок 2- Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К1.

За базисное напряжение берем высокое напряжение U_б= U_СР.ВН= 115 кВ.

Сопротивление элементов в именованных единицах находим по классическим формулам:

система

(задана мощностью к.з. на шинах системы)

X_с = = 4,8 Ом;

ЛЭП - 110 кВ

X_л1 = X₀·₁ = 0,4 * 9 = 3,6 Ом,

X₀ = 0,4 Ом/км, l₁ - длина ЛЭП - 110 = 9км ;

трансформатор

X_т = * = * = 34,7 Ом;

Результирующее сопротивление в точке К₂ с _б = 115 кВ будет равно

X_рез.= X_c+X_л1+X_т = 4,8 +3,6 + 34,7 = 43,1 Ом.

Находим величину тока к.з. в точке К₁ с

I_к.з.б.= = 1,54 кА.

Находим реальный ток к.з. в точке К₁ на шинах 10 кВ,



I_к.з.к1 = I_к.з.б.·N = 1,54 * 11= 16,94 кА

N трансформатора

1.2 Рассчитаем ток КЗ в точке К2

Составим схему замещения. В схеме учитываем только индуктивные сопротивления элементов (рис. 1б).

Рисунок 3- Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К2.

За базисное напряжение берем высокое напряжение U_б= U_СР.ВН= 115 кВ.

Сопротивление элементов в именованных единицах находим по классическим формулам:

система

(задана мощностью к.з. на шинах системы)

X_с = = 4,8 Ом;

ЛЭП - 110 кВ

X_л3 = X₀·₃ = 0,4 * 2 = 0,8 Ом,

X₀ = 0,4 Ом/км, l₃ - длина ЛЭП - 110 = 2км ;

трансформатор

X_т = * = * = 34,7 Ом;

ЛЭП - 10 кВ

X_{л3 =} (X_0·l₃)·N² = (0,4*2) * 11² = 96,8 Ом;

_,

где N трансформатора

Результирующее сопротивление в точке К₂ с _б = 110 кВ будет равно

X_рез.= X_c+X_л1+X_т+X_л3. = 4,8 +3,6 + 34,7 + 96,8 = 139,9Ом.

Находим величину тока к.з. в точке К₂ с

I_к.з.б.= = 0,45 кА.

Находим реальный ток к.з. в точке К₂ на шинах 10 кВ,

I_к.з.к2 = I_к.з.б.* N = 0,45 * 11 = 4,9 кА.



2. Расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ

Чтобы лучше разобраться в схемном исполнении, принципе работы, расчете и настройке любой релейной защиты, первоначально изучим структурную схему защиты, её составляющие, их назначение и исполнение. Структурная схема всех видов защит и любой сложности одинакова (рис. 2.).

Рисунок 4- Общая структурная схема релейной защиты

Измерительная часть состоит из основных (измерительных) реле. В зависимости от вида защиты это могут быть реле тока (KA), реле напряжения (KV), реле сопротивления (KZ) и реле мощности (KW). Их задача контролировать электрические параметры защищаемого элемента, сравнивая их с заданными и выдавать соответствующий сигнал логической части.

В логическую часть входят вспомогательные реле - времени (KT), промежуточные (KL), сигнальные (KH). Реализуя элементарные логические функции «ИЛИ», «И», «НЕ», «Выдержка времени», логическая часть релейной защиты приводит в действие исполнительный орган. При повреждениях (к.з.) происходит отключение выключателя Q, при ненормальных режимах появляется сигнал (звуковой, световой).

Оперативные цепи релейной защиты должны иметь надежный самостоятельный источник питания независящий от состояния электроустановки, где находится защищаемый элемент.

В схемах релейной защиты источником оперативного питания может быть аккумуляторная батарея. Это самый надежный источник, но он требует постоянного технического ухода и значительных финансовых затрат. Применяется на всех электростанциях и мощных трансформаторных подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала в качестве источников оперативного питания (как на постоянном токе, так и на переменном) находят применение блоки питания (БП), электрическая энергия к которым подается от трансформаторов напряжения (TV) и трансформаторов тока (TA), установленных на подстанции; трансформаторы собственных нужд (ТСН) подстанции; специальные батареи конденсаторов (БК).

Информация о токе и напряжении защищаемого элемента поступает к измерительной части релейной защиты от трансформаторов тока (TA) и трансформаторов напряжения (TV).

Распределительная электрическая сеть 6-10 кВ работает с изолированной нейтралью и в ней возможны лишь междуфазные короткие замыкания (К⁽³⁾ и К⁽²⁾). Замыкание одной фазы на землю не приводит к аварийному режиму и электроснабжение приемников не нарушается. Появление этого режима неблагоприятно для самой трехфазной распределительной сети (повышение напряжения и появление электрической дуги) и опасность поражения электрическим током людей и животных, находящихся вблизи места замыкания.

Поэтому ЛЭП этого класса имеют самостоятельную защиту от коротких замыканий, как правило, на базе токовых защит (МТЗ и ТО) и защиту от замыкания фазы на землю.

Схемное исполнение и работа МТЗ

Максимальная токовая защита применяется для защиты от токов короткого замыкания на всех элементах СЭС (генераторы, трансформаторы, двигатели и ЛЭП). На защищаемой ЛЭП защита ставиться в начале линии относительно источника питания. Защита работает с выдержкой времени.

Один из схемных вариантов МТЗ для защиты ЛЭП 10 кВ представлен на рис. 3. Эта схема выполнена в так называемом разнесенном виде - измерительная часть (рис. 3, а) и логическая часть с исполнительной (рис. 3, б) отделены.

Измерительная часть состоит из двух трансформаторов тока и двух токовых реле, включенных в так называемую «неполную звезду». Данная схема позволяет контролировать все виды коротких замыканий в ЛЭП 10 кВ.

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле тока KA₁ и KA₂ меньше тока срабатывания этих реле I_ср и реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателя YAT не получает питания и вся схема МТЗ бездействует.



Рисунок 5-Разнесенная схема МТЗ ЛЭП: а) - измерительная схема МТЗ, б) - логическая и исполнительная часть МТЗ. ТА₁, ТА₂ - трансформаторы тока; KА₁, KА₂ - реле тока; KТ - реле времени; KL - промежуточное реле; KH - сигнальное реле; YAT - катушка отключения

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле тока KA₁ и KA₂ меньше тока срабатывания этих реле I_ср и реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателя YAT не получает питания и вся схема МТЗ бездействует.

При коротких замыканиях на ЛЭП ток через реле I_р возрастает. Он становится больше тока срабатывания I_р>I_ср. Реле KA₁ и KA₂ срабатывают, замыкают свои контакты в логической части и с выдержкой времени t_МТЗ получает питание обмотка отключения YAT. Выключатель отключает поврежденную ЛЭП.



Расчет:

Для расчета МТЗ ЛЭП 10 кВ используются следующие данные:

ЛЭП -10 кВ воздушная; длина L₃= 2 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность к.з. системы S_К.З.С.=2700 МВА;

Длина ЛЭП 110 кВ L₁=L₂=9 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность нагрузки S_Н1=2,0 МВА (спокойная нагрузка);

Мощность двигателя S_М1=1,0 МВА (асинхронный высоковольтный двигатель АД, =6);

В измерительной части МТЗ используем статические реле на интегральных микросхемах РСТ-11.

Основное требование при настройке МТЗ чтобы ток срабатывания МТЗ I_срМТЗ был больше максимального тока нагрузки в нормальном режиме I_раб.max.

Нагрузка для ЛЭП будет состоять (см. рис.1) из асинхронного электродвигателя М1 и нагрузки электроприемников Н1:

S_M1 = S_M1 = = 1, 17 МВА

,

номинальный ток от нагрузки Н1

номинальный ток двигателя

пусковой ток электродвигателя при k_пуск=6 будет равен

величина номинального рабочего тока ЛЭП будет равна

далее выбираем трансформаторы тока и определяем коэффициент их трансформации .

Величину тока I₁ принимаем равным 300А. Тогда

где I₁ - ближайшая наибольшая величина стандартного первичного тока трансформатора тока.

При настройке МТЗ ЛЭП 10 кВ необходимо выполнить условие

Рабочий максимальный ток ЛЭП I_{раб.maxЛЭП} будет состоять из тока нагрузки электроприемников I_Н1 и пускового тока электродвигателя I_пуск М₁

Зная рабочий максимальный ток в ЛЭП (с учетом пускового тока двигателя) определяем вторичный ток срабатывания МТЗ.



где k_Н - коэффициент надежности; из-за наличия пускового тока АД принимается равным 1,4 для реле РСТ-11(ПУЭ);

где k_сх=1 («неполная звезда» - схема соединения трансформаторов тока);

k_воз=0,95 (для реле РСТ-11).

n_Т - коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Тогда величина вторичного тока срабатывания МТЗ будет равна

Находим время срабатывания МТЗ

где t_ср.РЗ - выдержка времени на последующей защите;

Дt - ступень селективности с реле РСТ-11,принимаем Дt равным 0,6 сек. (ПУЭ).

Проверяем защиту на чувствительность

где I_kmin(K2) - ток к.з. в конце ЛЭП 10 кВ приведенный ко вторичной обмотке трансформатора тока МТЗ

Вывод: максимальная токовая защита воздушной ЛЭП проходит по чувствительности.



Литература

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 2006 (2001).

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. - М.: Энергоиздат, 1998.

3. Кривенков В.В. и др. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат, 1981.

4. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. - М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Статические реле. - Псков, 2001.

6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ-2002).

7. Маркевич А.И. и др. Прибор Спектр. - Энергетик №4, 2000.

8. Шмурьев В.Я. Цифровые реле . Учебное пособие. Санкт-Петербург. 1998.

9. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. Москва. Энергоиздат. 2005.

Размещено на Allbest.ru

...