Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Образования РФ

Восточно-Сибирский Государственный Технологический Университет

Кафедра ЭСПП и Сх

Курсовая работа

«Релейная защита и автоматики систем электроснабжения»

Выполнил:

Данеев В.В.

Улан-Удэ 2019 г.

Введение

Развитие электрических сетей и систем выдвигает как одну из важнейших задач разработку и внедрение различных средств автоматизации. Одним из главнейших видов автоматизации, обеспечивающей надежную работу электрических сетей, является релейная защита.

Релейная защита осуществляет автоматическую ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части энергосистем, и является важнейшей автоматикой, обеспечивающей их надежную и устойчивую работу.

В современных энергетических системах значение релейной защиты особенно возрастает в связи с бурным ростом мощностей энергосистем, объединением их в единые электрически связанные системы в пределах нескольких областей, всей страны, и даже нескольких государств.

Рост нагрузок, увеличение протяженности линий электропередачи, ужесточение требований к устойчивости энергосистем осложняют условия работы релейной защиты и повышают требования к ее быстродействию, чувствительности и надежности. В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты, направленный на создание все более совершенных защит, отвечающих требованиям современной энергетики.

Задание

1. Составить схему замещения системы электроснабжения.

2. Определить токи КЗ в необходимых точках расчётной схемы.

3. Выбрать типы защит и устройств автоматики для элементов заданной системы электроснабжения.

4. Произвести расчёт уставок выбранных элементов. Проверить чувствительность защит.

5. Произвести согласование защит по селективности.

6. Защита трансформаторов и отходящих линий 10,5 кВ.

7. Защита высоковольтного двигателя.

8. Защита на секционном выключателе и трансформаторе на головной подстанции.

Вариант: 54

Исходные данные: Т1 S_ном=16 МВ*А; М1_{(асинх.)} АД

U_вн =115кВ; U_н=10кВ; U_Н = 0,4 кВ;

U_нн =10,5кВ; Р_н=1000кВт; P_Н.АД = 55 кВт;

Т2 S_ном=750кВ*А; К_п=6,6; К_П = 6,2;

Т3 S_ном=1000кВ*А; cos =0.89; cos ц = 0,94;

КПД=94%; з = 87%;

Дана типовая схема электроснабжения сети, включающая трансформатор Т1 ГПП мощностью S=16МВ*А, участок внутри сети с силовыми трансформаторами мощностью S=1000кВ*А, конденсаторная батарея, асинхронный двигатель подключенный к шинам низкого напряжения и обладающий наибольшей мощностью в сравнении с остальной нагрузкой секции 0.4кВ.

W1=4,3км, W2=2,9км W=51км

S_{к макс} = 750 кВА;

S_{к мин} = 700 кВА;

1. Определение токов короткого замыкания

Для определения значения периодической составляющей тока трёхфазного КЗ составляется схема замещения.

Рис. 1 Схема замещения.

На схеме замещения (рис.1) указываются расчётные точки КЗ, задаются порядковые номера отдельных элементов и находятся их сопротивления.

Определим сопротивление системы на шинах 115 кВ.

Ом.

где, U₁- напряжение ступени 115 кВ;

Определим ток линии 115 кВ

А

где, S_ном- номинальная мощность Т1 в МВ*А.

Выбираем проводник: АС-35 r₀=0,79; x₀=0,4

X1_W=x₀*L=0,4*51=20,40 Ом.

R1_W=r₀*L=0,79*51=40,29 Ом.

Определим сопротивление трансформатора Т1.

Ом

где, S_ном- номинальная мощность Т1 в МВ*А.

Определим сопротивление трансформатора Т2.

Ом

где S_ном- номинальная мощность Т2 в МВ*А.

Определим сопротивление трансформатора Т3.

 Ом

где S_ном- номинальная мощность Т3 в МВ*А.

U_нн- напряжение ступени 10,5 кВ.

А.

Выбираем проводник: АС-35 r₀=0,79; x₀=0,4

X3_W1=x₀*L=0,4*4,3=1,72 Ом.

R3_W1=r₀*L=0,79*4,3=3,40 Ом.

Z3_W1=R3_W1+jX3_W1 =3,40+j1,72

Ом.

X5_W2=x₀*L=0,4*2,9=1,16 Ом.

R5_W2=r₀*L=0,79*2,9=2,29 Ом.

Z5_W2=R5_W2+jX5_W2 =2,29+j1,16

Ом.

где, x₀- реактивное сопротивление линии;

r₀- активное сопротивление линии;

L- длина линии.

Определяются токи трёхфазного КЗ:

(максимальном режиме S_макс=750кВ*А)

КЗ в точке К1:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

 Ом.

Ом.

Определим ток в точке К1

кА.

КЗ в точке К2:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К2

кА.

КЗ в точке К3:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К3

кА.

КЗ в точке К4:

Х_К4=Х_К3+Х₂=38,03+86,79=124,82 Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К4

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К5:

Х_К5=Х^/_К4+Х3_W1=1,04+1,72=2,76 Ом

Пересчитываем X^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

 Ом.

Пересчитываем R^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

R_К5=R^/_К4+R3_W2=0,34+3,40=3,74 Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К5

кА.

КЗ в точке К6:

Х_К6=Х_К5+Х₄=2,76+8,09=10,85 Ом

R_K6=R_K5=3,74 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К6

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К6 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К7

Х_К7=Х_К5+ Х5_W2=2,76+1,16=3,92 Ом

R_К7=R_К5+ R5_W2=3,74+2,29=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К7

кА.

КЗ в точке К8

Х_К8=Х_К7+Х₆=3,92+6,06=9,98 Ом

R_K8=R_K7=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К8

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К8 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

Результаты расчётов сведём в таблицу 1.

Таблица 1.

Точка КЗ	К1	К2	К3	К4	К5	К6	К7	К8
Ступени
115	3,77	1,94	1,20	0,51
10,5				5,57	1,31	0,53	0,84	0,52
0,4						14,45		14,45

Определяются токи трёхфазного КЗ:

(минимальном режиме S_мин=700кВ*А)

КЗ в точке К1:

Ом; Ом.

Определим ток в точке К1

кА.

КЗ в точке К2:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К2

кА.

КЗ в точке К3:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К3

кА.

КЗ в точке К4:

Х_К4=Х_К3+Х₂=39,29+86,79=126,08 Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К4

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К5:

Х_К5=Х^/_К4+Х3_W1=1,05+1,72=2,77 Ом

Пересчитываем X^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

Пересчитываем R^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

R_К5=R_К4+R3_W1=0,34+3,40=3,74 Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К5

кА.

КЗ в точке К6:

Х_К6=Х_К5+Х₄=2,77+8,09=10,86 Ом

R_K6=R_K5=3,74 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К6

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К6 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К7

Х_К7=Х_К5+ Х5_W2=2,77+1,16=3,93 Ом

R_К7=R_К5+ R5_W2=3,74+2,29=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К7

кА.

КЗ в точке К8

Х_К8=Х_К7+Х₆=3,93+6,06=9,99 Ом

R_K8=R_K7=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К8

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К8 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

Результаты расчётов сведём в таблицу 2.

Таблица 2.

Точка КЗ	К1	К2	К3	К4	К5	К6	К7	К8
Ступени
115	3,52	1,88	1,18	1,18
10,5				5,52	1,30	0,51	0,83	0,51
0,4						13,60		13,60

2. Защита и автоматика элементов низковольтной сети

2.1 Защита асинхронного двигателя плавким предохранителем

Наиболее распространённой заводской сетью напряжением до 1кВ является четырёхпроводная сеть с глухозаземлённой нейтралью. В такой сети основными видами повреждения являются КЗ между фазами и отдельных фаз на землю. В соответствии с правилами устройств электроустановок низковольтная сеть с подключенными электродвигателями и другими электроустановками должна иметь быстродействующую защиту от токов КЗ, обеспечивающую требуемую чувствительность и по возможности селективное отключение повреждённого участка или элемента. Для её выполнения используются наиболее простые средства - плавкие предохранители.

Определим расчетный ток двигателя:

А

где Р_ном.дв- мощность двигателя, кВт;

U_ном.дв- номинальное напряжение двигателя, кВ;

з - кпд двигателя;

Cosц - коэффициент мощности двигателя.

Номинальный ток плавкой вставки Iном в.с. выбирается с учетом условий:

1) Необходима отстройка от максимального рабочего тока Iн.дв. двигателя:

Iном. в.с.?Котс* Iн.дв.

где К_отс- коэффициент отстройки, 1,1-1,25;

Iном. в.с.?1,25*55,4=69,25 А.

2) По пусковому току Iпуск:

Iном. в.с.? Iпуск/Кпер

где Iпуск=Кп* Iн.дв=6,5*55,4=360,1 А

Кпер=2,5 - коэффициент перегруза;

Кп=6,5 - коэффициент пуска.

А

3) Поскольку двигателем управляем с помощью магнитного пускателя, то номинальный ток плавкой вставки проверяем по условию продолжительности ее перегорания за время не более 0,15…0,2с. Это обеспечивается при:

Iном. в.с.?Iк.мин/(10…15)

где Iк.мин - минимальный ток двух фазного к.з. за пускателем.

кА

где Iк8 - ток трех фазного к.з. в точке К8 приведенные к ступени U=0,4кВ.

кА

Исходя из вышеприведенных условий выбираем предохранитель типа ПН2-250 с Iном. пр.=250А; Iном. в.с.=160А; Uпр=380В.

Проверяем чувствительность предохранителя



где I^/к - ток одного фазного к.з. на шине 0,4кВ.

кА

где Uф=230В - фазное напряжение 0,4кВ;

Z_?/3=0,041 - полное сопротивление одной фазы;

Zпер=0,015 - переходное сопротивление в месте повреждение.

чувствительность обеспечивается.

Таблица 3

К	1	1,5	2	2,5	3	4	5	6	7
t, c	40	25	10	5	1	0,5	0,1	0,05	0,02
I, A	160	240	320	400	480	640	800	960	1120

Схема управления и защиты низковольтного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя

Рисунок 2. Защита низковольтной сети.

Выбор уставок вводного и секционного автоматических выключателей на стороне НН КТП.

Выбор секционного выключателя SF секции шин НН КТП осуществляется с учётом загрузки трансформатора на 70% по условиям:

1.U_ном.а?U_с

2.I_откл.а?I_{кз макс.}

3.I_ном.рц?I_{раб.макс.}

Определим максимальный рабочий ток нагрузки для трансформатора Т5:

А

Выбираем выключатель ВА55-41 с полупроводниковым расцепителем и данными:

I_ном.а= 1000 А; I_ном.рц/ I_ном.а= 0,8; t_с.о= 0,2 с;

I_с.о / I_ном.рц= 2; I_с.мгн.= 25 кА.

I_ном.рц= 0,8* I_ном.а= 0,8*1000= 800 А

Определим максимальный рабочий ток нагрузки для трансформатора Т6:

А

Выбираем выключатель ВА55-43 с полупроводниковым расцепителем и данными:

I_ном.а= 1600 А; I_ном.рц/ I_ном.а= 0,8; t_с.о= 0,2 с;

I_с.о / I_ном.рц= 2; I_с.мгн.= 31 кА; I_отк.=80.

I_ном.рц= 0,8* I_ном.а= 0,8*1600=1280 А

1) Условие не срабатывание отсечки при номинальном токе нагрузки с учетом самозапуска двигателя:

I_с.о.= К_н* К_с.з * I_{раб.макс} =1,5*2*1011,5=3034,5 А

где К_н=1,5 - преимущественно двигателя нагрузки;

К_с.з=2 - коэффициент самозапуска.

2) Не срабатывание при полной нагрузке секции и пуске двигателя:

I_с.о.с.? К_отс(I_{раб.макс}-I_ном.дв.+I_{пуск.дв})

I_с.о.с.?1,5*(1011,5-55,4+360,1)=1974,3 А

3) Согласование отсечкой автомата защищаемого двигателя:

I_с.о.с.? К_н.с.*I_с.о.дв=1,4*3034,5=4248,3 А

где К_н.с.=1,4 - коэффициент надежности согласования.

4) Так как выключатель селективности с трехступенчатой защитой характеристикой, то должна выполнятся условие:

I_с.мгн?I_к8

31?13,60

Принимаем: I_с.о.с=4248,3 А.

Выставляется на выключателе SF уставка:

I_с.о.в.= 2_*I_ном.рц=2*1280=2560 А

Время срабатывания отсечки

t_с.о.в.= t_с.о.дв.+ ?t=0+0,2=0,2 с

где t_с.о.дв.-время срабатывания отсечки двигателя, с;

?t=0,2 с-ступень селективности для выключателей ВА.

Чувствительность отсечки:



Уставка защиты от перегрузки:

I_с.п.с.= 1,25_*I_ном.рц=1,25*1280=1600 А

Чувствительность защиты от перегрузки:

2.2 Выбор вводного выключателя

Выбираем вводный автомат за трансформатором Т6. При его выборе учитывается допустимая аварийная перегрузка трансформатора на 40%.

Максимальный рабочий ток:

А

Выбираем выключатель ВА75-45 с полупроводниковым расцепителем и данными:

I_ном.а= 2500 А; I_ном.рц/ I_ном.а= 1; t_с.о= 0,2 с;

I_с.о / I_ном.рц= 2; I_с.мгн.= 36 кА; I_отк.=60.

I_ном.рц= 1* I_ном.а= 1*2500=2500 А

1) Несрабатывание защиты при действии АВР секционного выключателя, который подключает нагрузку другой секции потерявшей питание, в условиях самозапуска:

I_с.о.в.? К_отс(I_{раб.макс2с}+ К^/_отс.* I_{раб.макс1с})

где А

А

I_{раб.макс1с}= I_Т?+ I_дв.=96,3+55,4=151,7 А

К^/_отс.=1,5 - при преимущественно двигателей нагрузки.

I_с.о.в.?1,5*(1011+1,5*151,7)=1858 А

2) Несрабатывание при полной нагрузки секции и пуске двигателя:

I_с.о.в.? К_отс*(I_{раб.макс1с}- I_ном.дв.+ I_пуск)

I_с.о.в.?1,5*(151,7-55,4+360,1)=685 А

3) Согласование с уставкой автомата имеющего наибольшую уставку - секционного:

I_с.о.в.? К_н.с.*I_с.о.с=1,4*4248,3=5947,62 А

4) Ток срабатывание мгновенно должен быть больше токов к.з.:

I_с.мгн?I_к8

36?13,60

Выставляется на выключателе уставка:

I_с.о.в.= 2_*I_ном.рц=2*2500=5000 А

Время срабатывания отсечки

t_с.о.в.= t_с.о.с.+ ?t=0,2+0,2=0,4 с

Чувствительность отсечки:

Уставка защиты от перегрузки:

I_с.п.с.= 1,25_*I_ном.рц=1,25*2500=3125 А

Чувствительность защиты от перегрузки:

3. Защита и автоматика элементов высоковольтной сети

3.1 Защита трансформаторов Т5 и Т6

Для трансформаторов мощностью 750 кВА включительно в качестве основной зашиты от КЗ в обмотках и их выводах используются плавкие предохранители. Поскольку предохранители частично защищают трансформатор, они дополняются газовой защитой, а также специальной токовой защитой нулевой последовательности (ЗНП) от однофазных КЗ на землю в сети 0,4 кВ.

А) Выбор плавких предохранителей производится по условиям:

1.U_ном.пр=U_ном.с;

2.I_{ном.откл.пр.}? I_кз в месте установки;

3.I_ном.вс для предохранителей установленных на стороне ВН трансформатора выбирается равным примерно двухкратному I_ном.тр. При этом обеспечиваются лучшие условия для селективной работы с автоматическими выключателями на стороне НН трансформатора.

4.I_ном.пр ? I_ном.вс.

Для трансформаторов Т2:

Номинальный ток:

А

где S_ном.т2- номинальная мощность Т2, кВА;

U_ном- номинальное напряжение сети,кВ.

I_{ном.в.с.}= 2_*0,7_*I_ном.Т2=2*0,7*41,3=58 А

Выбираем предохранитель типа ПКТ103-10-80-20 с параметрами:

I_ном.пр.=80 А; I_ном.в.с=80 А; I_{ном.откл.пр}= 20 кА.

Для трансформаторов Т3:

Номинальный ток:

А

I_{ном.в.с.}= 2_*0,7_*I_ном.Т3=2*0,7*55=77 А

Выбираем предохранитель типа ПКТ103-10-80-20 с параметрами:

I_ном.пр.=80 А; I_ном.в.с=80 А; I_{ном.откл.пр}= 20 кА.

Б) Токовая защита нулевой последовательности:

Специальная токовая защита нулевой последовательности устанавливается, главным образом, для улучшения резервирования защит от однофазных повреждений в низковольтных сетях. Она выполняется с помощью токо-вого реле КАО, включаемого через транформатор тока ТАZ в нейтраль трансформатора Т3.

Ток срабатывания ЗНП выбирается из условия:

I_сз ? К_отс* I_нб=0,5* I_ном.Т2.= А

I_сз ? К_отс* I_нб=0,5* I_ном.Т3.= А

где К_отс- коэффициент отстройки;

I_нб - ток небаланса, А.

Время срабатывания ЗНП выбирается минимальным. «Правила» допускают не согласовывать ЗНП с защитами отходящих элементов 0,4 кВ, т.е. допускают неселективное отключение трансформатора. Проверка чувствительности осуществляется в большинстве случаев при однофазных КЗ на землю со стороны низковольтного ввода трансформатора, т.е. в основной зоне (К⁽¹⁾_ч.доп?1,5).

Чувствительность защиты в основной зоне для трансформаторов:

Защита нулевой последовательности трансформаторов Т2 и Т3 обеспечивается.

3.3 Защита магистрали воздушной линии «W1-W2»

Для защиты линии от КЗ используется максимальная токовая защита и токовая отсечка. Принимается выполнение ТО и МТЗ по схеме неполной звезды с реле тока РТ-85.

Ток срабатывания отсечки (реле КА1,КА2) определяется по условиям:

а) отстройки от тока КЗ за трансформатором Т2

I_с.о.= К_отс* I_К6

где К_отс=1,4 коэффициент отстройки для реле РТ-85.

I_с.о= 1,4* 540=756 А

отстройки от тока КЗ за трансформатором Т3

I_с.о.= К_отс* I_К8

где К_отс=1,4 коэффициент отстройки для реле РТ-85.

I_с.о= 1,4* 530=742 А

б) отстройки от бросков тока намагничивания Т2,Т3

I_с.о= 4 I_{ном тУ}

где А.

I_с.о= 4*101,1=404,4 А

Принимается I_с.о=756 А

Ток срабатывания реле:

А

где К_сх- коэффициент схемы, 1;

n_та- коэффициент трансформации трансформатора тока 400/5.

Выбирается реле РТ-85 с уставкой тока 9 А, Тогда I_с.о=756 А

Чувствительность отсечки

1. Определяется ток срабатывания МТЗ линии «W1-W2»

А

где К_отс- коэффициент отстройки 1,4 (реле РТ-85);

К_сзп- коэффициент самозапуска, 2;

К_в- коэффициент возврата реле 0,9 (для РТ-85);

I_{раб.макс}= I_ном.тУ=101,1 А.

Ток срабатывания реле:

А

где К_сх- коэффициент схемы, 1;

n_та- коэффициент трансформации трансформатора тока 400/5.

Выбирается реле РТ-85 с уставкой тока 4 А, Тогда I_сз=315 А.

Проверяется чувствительность МТЗ при КЗ в основной зоне защиты:

Чувствительность защиты в зонах резервирования, т.е. при КЗ на шинах НН трансформаторов Т2 и Т3:

МТЗ линии "W1-W2" обладает достаточной чувствительностью к повреждениям за трансформаторами Т2 и Т3.

Порядок согласования:

а) на карте селективности в осях ток-время строится токовая защитная характеристика вставки предохранителя ПКТ103-10,5-80-20;

б) с учетом разброса характеристики предохранителя, ток срабатывания МТЗ воздушной линии должен быть не менее чем на 40% больше тока плавкой вставки предохранителя соответствующего времени действия защиты в начальной части характеристики (не менее 5 сек.)

а) ступень селективности ?t = 0.6 c между характеристиками предохранителя и МТЗ магистрали с реле РТ-85 должна обеспечиваться при всех возможных значениях тока КЗ.

Таблица 4

К	1	1,5	2	2,5	3	4	5	6	7
t, c	5	2	1,5	0,9	0,7	0,65	0,6	0,55	0,5
I, A	315	473	630	788	945	1260	1575	1890	2205

где: .

Для повышения надёжности электроснабжения и исправления неселективного действия линия W1-W2 оборудуется устройством автоматического повторного включения однократного действия. Принимается типовое устройство РПВ-358 со временем срабатывания . Время возврата определяется продолжительностью заряда конденсатора 15-20 сек., которая надёжно обеспечивает однократность действия устройства АПВ.

Схема устройства Автоматика повторного включения

Рис. 3

3.4 Защита секционного выключателя

Для защиты секционного выключателя применяется МТЗ, выполненная по схеме неполной звезды с реле РТ-85. Для повышения её чувствительности она дополняется комбинированным пусковым органом напряжения.

Определяется ток срабатывания МТЗ секционного выключателя:

а) по условию несрабатывания защиты в режиме самозапуска нагрузки первой секции шин 10,5 кВ ГПП

А

где К_отс=1,4 для реле РТ-85;

К_сзп=2;

К_в=0,9 (РТ-85).

А.

б) по условию согласования чувствительности МТЗ секционного выключателя с защитой воздушной линии «W1-W2»

I_с.з.с.в= К_н.с( I_с.з.л+ I_{раб.макс.(N-1)})=1,4*(315+366,1)=953,54 А

где К_н.с.=1,4 - коэффициент надежности согласования.

I_сз.л=315 А (МТЗ воздушной линии «W4-W5»)

I_{раб.макс.(N-1)}= I_{раб.макс.1с}= А

Выбирается уставка I_сз.св=1920 А

Ток срабатывания реле:

 А

где n_та=750 ? 5

Проверяется чувствительность защиты секционного выключателя:

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения

В

n_тv=11000 ? 100- коэффициент трансформации трансформатора напряжения, подключённого к шинам 10,5 кВ ГПП, от которого питаются реле пускового органа защиты.

где

К_отс=1,4 для реле РТ-85;

К_в=0,9 для реле РТ-85;

U_мин=0,7*U_н=0,7*10,5=7,35 кВ

Время срабатывания защиты секционного выключателя выбирается таким образом, чтобы при ее токе срабатывания (1920 А) соблюдалась ступень селективности между зажимами линии "W1-W2" и секционного выключателя. Защита линии "W1-W2" при токе 315 А сработает через t_л= 1,0 с. Тогда время срабатывания защиты секционного выключателя принимается равным:

t_св= t_л+ ?t=1,0+0,6=1,6 с

где ?t=0,6 c - ступень селективности.

3.5 Выбор защиты высоковольтного двигателя

Рисунок 4

1. Для защиты электродвигателя от многофазных КЗ используется токовая отсечка с реле РТ-85, собранными по схеме неполной звезды.

Уставка отсечки

I_с.з.= К_отс.* I_пуск=1,4*455,4=637,56 А

где К_отс- коэффициент отстройки 1,4 (реле РТ-85);

I_пуск.- пусковой ток электродвигателя при номинальном напряжении питающей сети и закороченных пусковых устройствах.

I_пуск.= К_п.* I_ном.дв.=6,6*69=455,4 А

где К_п. - коэффициент пуска К_п = 6,6;

А

Ток срабатывания реле:

А

где n_та=400 ? 5

Выбирается реле РТ-85 с уставкой тока 8 А, тогда I_сз=638А.

Чувствительность отсечки

где А

2. Защита электродвигателя от перегрузки выполняется с реле РТ-85 (реле КА1, КА2) и действует на сигнал.

Ток срабатывания защиты от перегрузки

А

где К_отс- коэффициент отстройки 1,4 (реле РТ-85);

К_в- коэффициент возврата реле РТ-85, 0,9.

Ток срабатывания реле:

 А

где n_та=400 ? 5

Выбирается реле РТ-85 с уставкой тока 1 А, I_сз=107 А

4. Защита и автоматика трансформатора ГПП

Для трансформатора Т1 предусматривается продольная дифференциальная защита, газовая защита, МТЗ и защита от перегрузки.

Дифференциальная защита:

Дифференциальная защита является основной, быстродействующей защитой при повреждении обмоток, вводов и ошиновок трансформаторов. Согласно руководящим указаниям по релейной защите её установка обязательна на одиночно работающих трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше.

Применяется три варианта дифзащиты:

Дифференциальная отсечка с реле РТ-85 или РТ-40;

Дифзащита с устройством РНТ;

Дифзащита с торможением типа ДЗТ.

Выбор одного из этих вариантов производится на основании расчёта коэффициента чувствительности защиты (Кч.доп?2).

Расчёт начинается с определения вторичных токов в плечах дифзащиты трансформатора Т1, результаты расчётов сводятся в таблицу 5.

Таблица 5

Наименование величины	Численные значения для стороны
	115 кВ	10,5 кВ
Первичный номинальный ток трансформатора, А
Коэффициент трансформации трансформатора тока	150/5	950/5
Схема соединения обмоток трансформаторов тока	?	?
Вторичный ток в плечах защиты, А

Поскольку со стороны 10,5 кВ приходит наибольший вторичный ток плеча защиты, она принимается за основную и все расчёты производятся в первичных токах, приведённых к напряжению этой стороны.

4.1 Дифференциальная отсечка с устройством РНТ

Дифференциальная отсечка с устройством РНТ.

1. Проверяется возможность использования дифзащиты с устройством РНТ:

а) Определяется предварительно без учёта І³ _{н б}, значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса

І_с.з.=К_отс* ( І¹ _нб + І² _нб.)

где К_отс= 1,3 при использовании устройств РНТ.

І¹ _нб=К_а*К_о*Е* І_к4=1*0,5*0,1*6460=323 А

І² _нб- составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора

І² _{н б}= ?U* І_к3=0,09*6460=581,4 А

где ?U=0,09 половина диапазона регулирования напряжения в относительных единицах.

І_с.з.=1,3* ( 323 + 581,4)=1175,725 А

б) Отстройки от бросков тока намагничивания трансформатораТ1:

І_с.з.=К_отс* І_ном.т1=1,3*881=1145,3 А

где К_отс= 1,3 при использовании устройств РНТ.

Принимается уставка І_с.з.=1176 А.

Ток срабатывания реле:

 А

где К_сх- коэффициент схемы равный 1 для схем соединения обмоток трансформатора тока звездой;

n_та=950 ? 5- коэффициент трансформации трансформатора тока со стороны 10,5 кВ.

Чувствительность защиты при двухфазном КЗ на выводах трансформатора со стороны нагрузки:

где А.

Принимается вариант дифзащиты с устройством РНТ.

В качестве основной обмотки указанного устройства (со стороны 10,5 кВ) используется уравнительная обмотка У2, а другая уравнительная обмотка У1 применяется для выравнивания токов в плечах защиты.

Определятся расчётное значение витков основной обмотки по выражению

W_{осн.расч.}= W_{у2 расч.}=F_с.р ? I_с.р=100 ? 6,2=16,1

где F_с.р =100 А-м.д.с. необходимая для срабатывания реле типа РНТ-565

Принимается ближайшее меньшее целое число витков

W_осн.= W_у2 =16; I_с.р.осн=8 А

Число витков уравнительной обмотки У1 определяется из условия равенства нулю результирующей м.д.с.:

I_2в* W_у2 - I_1в* W_у1=0

Принимается Wнеосн.= Wу1 =16

Произведём уточнение расчёта с определением составляющей І3 н б:

А

І н б=323+581,4+12,09=916,49 А

Іс.з.=1,3*916,49=1191,44 А

Принимается уставка Іс.з.=1191 А.

Ток срабатывания реле:

А

Wосн.расч.= 100 ? 6,3=15,8; Wосн.= Wу2 =16.

Іс.р.осн=100 ? 16=6,3 А; Іс.з.=6,3*190 ? 1=1197 А

W_{у1 расч.}=4,64*16 ? 4,63=16,03; W_у1 =16.

І _{н б}=323+581,4+12,09=916,49 А

І_с.з.=1,3*916,49=1191,44 А1197 А

Окончательно принимается

W_осн.= W_у2 =16 W_неосн.= W_у2 =16.

Проверка: I_2в* W_у2 ? I_1в* W_у1;

4,64*16?4,63*16;

74,24?74,08.

1. Газовая защита

Принимается к установке на трансформаторе Т1 реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами. При слабом газообразовании защита действует на сигнал, при интенсивном - на отключение.

2. Для защиты трансформатора Т1 от токов внешних КЗ и резервирования работы основной дифференциальной защиты и защит присоединений ГПП-10,5 кВ предусматривается МТЗ. МТЗ выполняется по схеме треугольника с тремя реле РТ-85 ( реле КА1, КА2, КА3) и двумя ступенями выдержки времени.

Ток срабатывания МТЗ выбирается:

а) по условию бездействия защиты при срабатывании АВР секционного выключателя на стороне 10,5 кВ ГПП:

І_с.з.= К_отс*( І_{раб.макс.1с}+ К_сзп* І_{раб.макс.2с})

где К_отс=1,4 для реле РТ-85;

І_{раб.макс.1с}- максимальный ток нагрузки первой секции шин 10,5 кВ ГПП (значение приводим к стороне 115 кВ трансформатора);

І_{раб.макс.1с}= І_{раб.макс.2с}= А

І_с.з.=1,4*(42,2+1,2*42,2)=129,9 А

б) по условию согласования с МТЗ секционного выключателя

І _с.з.= К_нс* І _с.з.св=1,4*175,3=245,42 А

где К_нс= 1,4

І _с.з.св= А

Принимается уставка І _с.з.= 245 А

Ток срабатывания реле:

А

Проверяется чувствительность МТЗ трансформатора Т1:

в основной зоне

в зоне дальнего резервирования при КЗ в конце воздушной линий «W1-W2»:

А

Улучшаются и условия дальнего резервирования.

Время срабатывания первой ступени МТЗ трансформатора Т1, действующей на отключение выключателя Q1 принимается на ступень селективности ?t=0,6 с (согласуются защиты с независимыми характеристиками) больше времени срабатывания МТЗ секционного выключателя Q4

t_сз= t_св+ ?t=1,6+0,6=2,2 с

Для второй ступени защиты, подающей импульс на срабатывание короткозамыкателя

t_сз= t_св+ ?t=2,2+0,6=2,8 с

3. Защита от перегрузки.

Если по условиям технологии производства возможна перегрузка трансформатора, то применяется защита от перегрузки. Она выполняется с одним реле включенным на ток фазы со стороны источника питания, и действует на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях- на разгрузку или отключение трансформатора. Схема защиты от перегрузки совмещена со схемами дифзащиты и МТЗ трансформатора Т1 (реле КА4).

Ток срабатывания реле:

А

А

Защита и Автоматика питающей линии (W)

Дистанционная защита

В качестве защиты линий 110-220 кВ от всех видов коротких замыканий предназначены Шкафы защит типа ШДЭ-2801, ШДЭ-2802

В сетях сложной конфигурации для защиты ВЛ от многофазных КЗ используется дистанционная защита, которая измеряет полное сопротивление ВЛ от места подключения измерительных трансформаторов напряжения (ТН) до места КЗ. Для обеспечения селективного действия ДЗ смежных ВЛ время их действия выполняют зависимым от расстояния до места КЗ: чем дальше КЗ, тем больше время срабатывания. Эту зависимость выполняют ступенчатой: все КЗ в пределах первой зоны, ближайшей к месту установки защиты, отключаются с минимальным временем, все КЗ в пределах первой зоны, ближайшей к месту установки защиты, отключаются с минимальным временем, все КЗ в пределах последней третьей зоны отключаются с наибольшим временем.

Рассмотрим ДЗ линии. I ступень:

Первая зона отстраивается от короткого замыкания в конце защищаемой линии, т.е. на шинах противоположной подстанции. Сопротивление срабатывания первой зоны определяем по следующей формуле:

,

Где k_отс - коэффициент отстройки. k_отс=0,87

Z_W1 - полное сопротивление защищаемой линии W1;

Полное сопротивление защищаемой линии найдем из выражения:

,

Где R_W1 - активное сопротивление защищаемой линии

R_W1= 15,8 Ом;

Х_W1 - реактивное сопротивление защищаемой линии

Х_W1 =8 Ом.

Рассчитаем полное сопротивление линии:

Сопротивление срабатывания первой зоны:

Выдержка времени срабатывания защиты определяется собственным временем срабатывания и условием отстройки от работы трубчатых разрядников на защищаемой линии и примерно равно - t_I=0,1…0,15 с.

II ступень:

Отстраиваем вторую ступень от короткого замыкания за наиболее мощным трансформатором приемной подстанции. Сопротивление срабатывания защиты находим по формуле:

,

Где Z_T - сопротивление трансформатора. Z_T=86,79.

Находим коэффициент распределения по аналогии с коэффициентом распределения линии из выражения.

Коэффициент распределения находим из выражения:

,

Где I_k4 - часть тока короткого замыкания. I_k4 =590 А;

I_k3 - часть тока короткого замыкания. I_k3 =2280 А;

Находим коэффициент распределения из выражения:

,

Согласовываем сопротивление срабатывания второй зоны защиты с наиболее мощным трансформатором по формуле:

Принимается меньшее значение сопротивления срабатывания, т. е. Z ^II _сзW1 = 317,45 Ом.

Принятая уставка проверяется по условию чувствительности при коротком замыкании (к.з.) конце защищаемой линии. Коэффициент чувствительности рассчитывается по следующей формуле:

Проверяем чувствительность второй зоны по формуле:

,

Чувствительность удовлетворяет условию.

Выбираем уставку времени срабатывания защиты

с,

III ступень

Третья ступень дистанционной защиты отстраивается от максимального тока нагрузки

К_отс=1,4

К_В=0,9

ц_нагр=30⁰

ц_м.ч=40⁰

I_нагр.max=I_дл.доп=96,3 А

Сопротивление срабатывания защиты определим по формуле:

где

 1,2 (дальнее резервирование)

Обеспечивает защиту 93% линии, поэтому эта защита является основной.

Выберем уставки защит и устройств автоматики питающей воздушной линии W1 работающей в блоке с тарсформатором Т1. На линии предусматривается токовая отсечка МТЗ, АПВ.

МТЗ линии (W)

Максимальную токовую защиту линии выполняется по схеме полной звезды с реле РТ-85.

Ток срабатывания МТЗ определяем по:

1) Несрабатывание в результате самозапуска нагрузки 1секции шин 10,5 ГПП

I_с.з.= К_отс* I_{СЗП.Макс.ВН}

где К_отс=1,4 коэффициент отстройки для реле РТ-85.

I_{СЗП.Макс.ВН}=96,3 А

I_с.з.=1,4*96,3=134,82 А;

2) Согласования с МТЗ трансформатором Т1:

I_с.з.= К_н.с.* I_С.ЗТ1=1,3*245=318,5 А

где К_н.с.=1,3.

I_С.ЗТ1=245 А

Принимаем уставку: I_с.з.=319 А

 А

n_та=150 ? 5- коэффициент трансформации трансформатора тока со стороны 115 кВ.

Проверяется чувствительность МТЗ линии в основной зоне защиты:

Чувствительность защиты в зонах резервирования, т.е. при КЗ за трансформатором Т1:

где А

где = I_КЗ(3) =580 А

Время срабатывания МТЗ линии W принимается ступень селективности ?t=0,6 с больше времени срабатывания второй ступени МТЗ.

t_сз= t^//_Т1+ ?t=2,8+0,6=3,4 с

АПВ Линии (W)

В соответствии с ПУЭ питающую линию W оборудуем устройством АПВ, применение которого в условиях одностороннего питания является весьма эффективным для повышения надежности электроснабжения.

Для линии W принимаем типовое устройство РПВ-01 однократного действия, с временим срабатывания t_АПВ=0,8 с.

В ряде случаев для повышения успешного действия АПВ принимается. Однако такое увеличение времени срабатывания АПВ линий, питающих промышленные предприятия, по соображениям надежности и непрерывности технологического процесса, а также по условиям техники безопасностине всегда целесообразно. Для повышения процента успешных действий можно установить на линии АПВ двукратного действия с временем срабатывания второго цикла не менее с.

Карта селективности защит трансформатораТ1 и линииW1 показа на чертеже.



Рисунок 5

Заключение

При проектировании защиты и автоматики систем электроснабжения был решен ряд задач:

1) Рассчитаны токи короткого замыкания в различных точках систем, необходимы для выбора защит.

2) Выбраны защиты элементов низковольтной сети.

3) Предусмотрены защиты силовых трансформаторов.

4) Спроектированы защиты и автоматики магистрали «W1-W2».

5) Разработана защита трансформатора ГПП.

6) Спроектированы защиты и автоматики ВЛ «W1».

7) Было выполнено согласование защит между собой.

электроснабжение трансформатор релейный сеть

Список использованной литературы

1. Худугуев В.И. Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения промышленного предприятия: Учебное пособие / ВСГТУ.-Улан-Удэ,1996.

2. Чернобровов Н.В. Релейная защита: М. «Энергия», 1974.

3. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: М. Энергоиздат, 1981

4. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики определительных сетей. 3-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. - М.: Изд-во МЭИ, 2000.

6. Платонов В.В., Чмыхалов Г.Н. Специальные вопросы проектирования релейной защиты электрических сетей энергосистем: учебной пособие для вузов. - Новочеркасск.: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2000

7. Худугуев В.И. Выбор уставок релейной защиты сельских распределительных сетей //Сб. науч. тр., Вып. 7, Т. 2, -Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 1999.

Размещено на Allbest.ru

...