Курсовая работа по дисциплине "Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения"

Курсовая работа по дисциплине

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ

СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Выполнил студент гр. :

Проверил преподаватель:

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ._______________________________________________________________ 3

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ___________________________________________________ 4

2. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.______________________________ 5

3. ЗАЩИТА КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ОТГПП К РП.______________________________ 9

4. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ_________________________________________ 11

5. ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ.________________________ 14

6. РАСЧЕТНАЯ ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА____________________ 19

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ______________________________ 22

ПРИЛОЖЕНИЯ

.
ВВЕДЕНИЕ

Расчет релейной защиты заключается в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле, так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности. На каждом участке в общем случае должна устанавливаться основная и резервная защиты. При использовании защит со ступенчатыми характеристиками, их первые ступени выполняют функции основной. Резервной является только последняя ступень. Расчет защит проводится начиная с наиболее удаленного от источника питания участка. Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.

2.Расчет токов короткого замыкания.

2.1. Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения

Рис.2. Схема замещения системы электроснабжения.

Сопротивление системы:

где Uс – междуфазное напряжение на шинах системы, Sк – мощность короткого замыкания.

Сопротивление воздушной линии электропередачи:

где х0 – удельное реактивное сопротивление ВЛ,

l – длина ВЛ.

Сопротивление трансформатора с РПН, отнесенное к регулируемой стороне высокого напряжения:

где UК СР% - среднее напряжение короткого замыкания, Uср ВН – междуфазное среднее напряжение, приведенное к стороне высокого напряжения.

где Uк мин% , Uк макс% - минимальное и максимальное напряжения короткого замыкания.

Сопротивление кабельных линий КЛ1 и КЛ2

Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока.

Максимальная полная мощность кабельной линии

где Рмакс – передаваемая по КЛ активная мощность.

Экономическое сечение КЛ1 и КЛ2

где jЭ = 1,4 А/мм2 – экономическая плотность для кабелей с алюминиевыми жилами, Тмакс =3500ч.

Согласно табл. 7.28 /7/ выбираем ближайшее большее сечение Sст=240 мм2:

Сопротивление кабельной линии

Сопротивление кабельной линии от РП до электроустановки:

В качестве электроустановки – асинхронный двигатель АД - 400 кВт,

Рном = 400 кВт, cosjном = 0,89, Iп / Iном = 5,1, n=1480.

Номинальный ток двигателя

Экономическое сечение

Стандартное сечение, согласно табл. 7.28 /7/ qст =35 мм2:

Сопротивление кабельной линии

2.2Расчет токов короткого замыкания в точке К1

Находим максимально возможный ток короткого замыкания:

2.3. Расчет токов короткого замыкания в точке К2

Находим максимально возможный ток короткого замыкания

Приведение к нерегулируемой стороне низкого напряжения осуществляется по минимальному коэффициенту трансформации:

Минимально возможный ток короткого замыкания

2.4. Расчет токов короткого замыкания в точке К3

Рассчитаем эквивалентные сопротивления до шин ГПП

Сопротивления кабельной линии

Эквивалентные сопротивления до точки К3

Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К3:

Приводим к низкой стороне

Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К3

2.5. Расчет токов короткого замыкания в точке К4

Аналогично как для точки К3 рассчитаем сопротивления:

Сопротивления кабельной линии

Эквивалентные сопротивления до точки К4

Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:

Приводим к низкой стороне

Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:

Результаты расчетов токов короткого замыкания сведены в табл. 3.1

Таблица 3.1. – Токи трехфазного короткого замыкания

Точка к. з.	К1	К2	К3	К4
Значение тока	IВН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН
max	8,07	2,259	12,259	1,006	5,459	0,918	4,982
min	1,468	10,139	0,644	4,448	0,585	4,04

2.6. Расчет токов двухфазного короткого замыкания

Ток двухфазного короткого замыкания рассчитывается согласно выражению:

Результаты расчетов токов двухфазных коротких замыканий сведены в табл.3.2.

Таблица 3.2 - Токи двухфазных коротких замыканий в точках

Точка к. з.	К1	К2	К3	К4
Значение тока	IВН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН
max	7,02	1,965	10,665	0,875	4,749	0,799	4,334
min	1,277	8,821	0,56	3,869	0,508	3,515

3. ЗАЩИТА КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ОТ ГПП К РП.

Для линий 6-10кВ с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземленной через реактор) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных КЗ и от замыканий на землю.

Защиту от многофазных КЗ следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения с большей вероятностью только одного места повреждения при двойных замыканиях на землю и исключения несрабатывания защиты при двойных замыканиях в фазах, где не установлены трансформаторы тока.

На одиночных линиях с односторонним питанием от мнргофазных КЗ должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки ТО, а вторая - в виде максимальной токовой защиты МТЗ.

Защита должна быть установлена на всех линиях электрически связанной сети со стороны питания.

Расчет максимальной токовой защиты(МТЗ) и токовой отсечки(ТО) на КЛ1(КЛ2)

При наличии выключателей с электромагнитными приводами защита обычно выполняется на выпрямленном оперативном токе с использованием реле тока типа РТ-40 и реле времени с независимой характеристикой выдержки времени.

Ток срабатывания ТО:

- коэффициента отстройки для ТО без выдержки времени, согласно Табл4.1 /1/

Так как >1,2, то в данном случае использование токовой отсечки

целесообразно.

Ток срабатывания МТЗ:

,

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ) в общем виде

где:

- коэффициент отстройки =1,2;

- коэффициент самозапуска;

- коэффициент возврата=0,85 (для РТ-40).

При раздельной работе двух линий (КЛ1 и КЛ2) с устройством АВР на секционном выключателе и действии АВР (АВР РП) после отключения одной из них (например КЛ2) бездействие МТЗ оставшейся в работе линии (КЛ1) будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:

где: = 1,5- коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии КЛ1 из-за понижения напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей, ранее питавшихся от КЛ2.

За расчетный принимаем

Время срабатывания МТЗ выбирается из условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания):

где:

где - время срабатывания предыдущей защиты (взято согласно заданию); - ступень селективности.

Коэффициент чувствительности защиты:

4. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

На электродвигателях должны предусматриваться защиты от многофазных КЗ и защита от однофазных замыканий на землю, защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения.

Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ должна предусматриваться токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия - для электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю, а также для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяет требованиям чувствительности или когда двухрелейная отсечка оказывается целесообразной по исполнению комплектной защиты или применяемого привода с реле прямого действия.

Ток срабатывания защиты электродвигателя от замыкания на землю должен быть не более 5 А. Защиту следует выполнять без выдержки времени с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности, установленных, как правило, в РУ. Защита должна действовать на отключение двигателя

Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженным технологическим перегрузкам, и на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска (длительность прямого пуска непосредственно от сети 20 с и более). Защиту от перегрузки следует устанавливать в одной фазе с независимой от тока выдержкой времени, отстроенной от длительности пуска электродвигателей в нормальных условиях. Действие защиты - сигнал.

Для облегчения условий восстановления напряжения после отключения КЗ и обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов следует предусматривать отключение защитой минимального напряжения электродвигателей неответственных механизмов. Выдержка времени защиты минимального напряжения должна выбираться в пределах 0,5-1,5 с - на ступень больше времени действия быстродействующих токовых защит от многофазных КЗ, а уставки по напряжению должны быть, как правило, не выше 70% номинального напряжения.

Расчет ТО.

Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя по выражению:

КП = 5,2 - кратность пускового тока;

IД. Н. = 43,29 А – номинальный ток двигателя.

где - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах еще и погрешности реле и необходимый запас,

- кратность пускового тока, ;

,

Ток срабатывания реле Iср :

где К(3)сх - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1.

Чувствительность отсечки определяется по выражению:

Значение > 2 т. е. токовая отсечка удовлетворяет требованиям чувствительности.

Защиты от замыканий на землю обмотки статора:

Защита от замыканий на землю электродвигателей напряжением 6-10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, выполняется с помощью одного реле типа РТЗ-51, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗР.

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.

Значение определяется как сумма емкостных токов двигателя и линии от места установки ТНП до линейных выводов двигателя:

Собственный емкостной ток электродвигателя:

где: f-частота сети, f=50Гц

- емкость фазы статора

- емкостной ток кабельной линии:

где - удельный емкостной ток однофазного замыкания на землю, определяем по сечению жилы.

Суммарный ток от всей КЛ:

Коэффициент чувствительности:

Защита от токов перегрузки.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от номинального тока двигателя Iн :

где Котс = 1,05 при действии защиты на сигнал.

Выдержка времени защиты от перегрузки tсз выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске или самозапуске двигателя:

tсз = Котс·tп

где Котс =1,2;

tп- время пуска двигателя.

Защита минимального напряжения.

Время срабатывания защиты tсз :

tсз ³ tпер пит

Uсз = 0,7•Uн =0,7•6=4,2, кВ

Защита действует на сигнал и отключение менее ответственных двигателей

5. ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

5.1. Защита трансформаторов от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах должны быть предусмотрены следующие виды защит. Продольная дифференциальная защита на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более.

5.1.1. Продольная дифференциальная защита с реле типа ДЗТ-11

Чувствительность защиты с реле типа РНТ-565 недостаточна, применяется дифференциальная защита с торможением с реле типа ДЗТ-11.

1. Первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

2. Выбираем типы трансформаторов тока, коэффициенты трансформации, схему соединений и коэффициент схемы для симметричного режима:

ВН:

ТФЗМ-35, , полный треугольник

НН:

ТЛ10, , неполная звезда

3. Вторичные токи в плечах защиты:

<5, А

<5, А

4. Выбираем высокую сторону за основную сторону защищаемого трансформатора.

5. Ток срабатывания защиты определяется отстройкой от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания:

,А

где: - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока, согласно /1/

6. При соединении обмоток трансформатора U/D предварительный коэффициент чувствительности:

>2

7. Ток срабатывания реле, приведенный к основной стороне:

,А

8. Расчетный тока небаланса , который состоит из:

составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;

,А

где: КА =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ;

КОДН = 1 - коэффициент однотипности ТА;

e = 0.1 - погрешность ТА;

составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора:

,А

где: DUРПН - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о. е., DUРПН=0,12;

Число витков обмотки НТТ реле для основной стороны:

Число витков обмоток неосновной стороны защищаемого трансформатора:

,

составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны

,А

Расчетный ток небаланса:

А

Тормозную обмотку присоединяем к ТА, установленным на стороне низшего напряжения. Необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле

,

где: tga - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле (тормозной), соответствующей минимальному торможению, согласно /1/ tga=0,75.

5.1.2. Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

На трансформаторах мощностью 1МВА и более МТЗ с пуском по напряжению.

Защита применяется в случае недостаточной чувствительности обычной МТЗ.

Защита обычно выполняется с помощью реле тока типа РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.

Максимальная токовая защита.

Ток срабатывания защиты:

где - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;

- коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей (согласно п 4.2);

Кв = 0,85 – коэффициент возврата для реле РТ – 40.

Коэффициент чувствительности для МТЗ должен быть не менее 1,5 при коротком замыкании в основной зоне и не менее 1,2 в зоне резервирования.

Коэффициент чувствительности:

Чувствительность МТЗ недостаточная, поэтому применяем МТЗ с пуском по напряжению.

Максимальная токовая защита с комбинированным пусковым органом напряжения

Защита обычно выполняется с помощью реле тока типа РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.

Ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора:

,

где Котс =1,25 – коэффициент, учитывающий ошибку реле, необходимый запас и возможность увеличения тока от регулирования напряжения;

Кв = 0,8 - коэффициент возврата.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение, определяется по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ.

,

где Uмин – междуфазное напряжение в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ, принимается 0,85Uном = 29,75 кВ; КОТС = 1,2.

Напряжение срабатывания фильтр – реле обратной последовательности определяется, исходя из минимальной уставки устройства:

Коэффициент чувствительности по току

5.2. Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

,А

где: КОТС =1,05, согласно /1/

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

5.3. Газовая защита

Газовая защита применяется на трансформаторах, помещенных в заполненный маслом бак с расширителем; она реагирует на все повреждения внутри бака трансформатора, при которых происходит выделение газа, ускоренное перетекание масла или смеси масла с газом из бака в расширитель, а также на снижение уровня масла.

При некоторых опасных повреждениях трансформатора действует только газовая защита, в то время как «электрические» защиты трансформатора (дифференциальная, максимальная токовая и др.) не реагируют. К таким повреждениям трансформаторов относятся межвитковые замыкания в обмотках, пожар в стали магнитопровода, некоторые неисправности переключателей ответвлений и другие повреждения, при которых возникают значительные местные повышения температуры частей трансформатора.

Так, пожар в стали развивается в местах, где изоляция листов магнитопровода нарушена из-за дефектов сборки, или в местах, где изоляция стяжной шпильки нарушалась под воздействием вибрации трансформатора или по другим причинам. Замыкание между собой листов стали приводит к повышенному нагреву этого участка магнитопровода. Значительные повышения напряжения па трансформаторе также могут способствовать развитию очагов пожара в стали. Существенное повышение температуры происходит и при витковых замыканиях обмотки за счет возрастания тока в замкнувшихся нитках. В области повышенного нагрева происходит перегрев и разложение трансформаторного масла и твердой изоляции, и образующиеся при этом газы, поднимаясь вверх, проходят по трубопроводу через газовое реле в расширитель трансформатора.

Важным обстоятельством является то, что газовая защита действует в начале возникновения повреждения, когда значения токов витковых замыканий обмотки или замыкании обмотки на корпус малы, поэтому действие газовой защиты предотвращает дальнейшее развитие повреждения трансформатора и в большинстве случаев позволяет сократить объем его ремонта.

Кроме рассмотренных выше повреждений трансформатора, развивающихся постепенно и не сопровождающихся возникновением динамических усилий и отдельных его частях, в трансформаторе возможны замыкания между обмотками различных фаз. При таких повреждениях по замкнувшимся обмоткам проходят большие токи, создающие динамические усилия. В результате сотрясения замкнувшихся обмоток и всего трансформатора в момент короткого замыкания происходит бросок некоторой части масла (или масла, смешанного с газом) из бака в расширитель. При междуфазных замыканиях в трансформаторе работают обычно и дифференциальная и газовая защиты трансформатора одновременно, в отличие от рассмотренных выше повреждений, при которых дифференциальная защита не работает, поскольку они не сопровождаются изменением токов в ее цепях.

Защита реализована на реле РГЧЗ-66.

В реле имеются два элемента, работающие независимо друг от друга: верхний элемент — сигнальный и нижний— отключающий, у каждого элемента есть свой контакт. Когда реле заполнено маслом, оба его элемента как бы плавают в нем и находятся в положении, когда их контакты разомкнуты.

При повреждениях трансформатора, сопровождающихся незначительным газообразованием, происходит переток газа в расширитель; при этом газ, вытесняя масло, скапливается в верхней части корпуса газового реле.

При определенном снижении уровня масла в реле верхний сигнальный элемент оказывается уже не в масле и под действием силы тяжести опускается, замыкая сигнальный контакт.

Аналогично работает сигнальный элемент и в случаях, когда уровень масла в реле снизится из-за утечки масла из бака или вследствие сильного снижения температуры масла. В последнем случае сигнальный элемент работает, если уровень масла оказался ниже допустимого, поскольку масло не было своевременно долито.

В описанных случаях отключающий элемент остается в масле и не работает. При значительных повреждениях трансформатора из-за бурного образования газа происходит бросок масла (или смеси масла с газом) в расширитель, при котором под воздействием потока масла поворачивается отключающий элемент реле и его контакт замыкается.

При постепенном снижении уровня масла сначала без масла оказывается сигнальный элемент, затем отключающий, который под воздействием силы тяжести тоже опускается, замыкая отключающий контакт. В зависимости от вида и развития повреждения трансформатора возможна последовательная работа сигнального и отключающего элементов реле или их одновременная работа.

6. РАСЧЕТНАЯ ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

6.1 Расчетная проверка на 10% - ную полную погрешность.

Проверка на 10% - полную погрешность (e) обычно производится по кривым предельной кратности. Специальные кривые предельной кратности представляют собой зависимость допустимого по условию e = 10% значения сопротивления нагрузки Zн на трансформатор тока от значения предельной кратности k10.

Для защиты КЛ1 выбираем трансформатор тока ТЛ-10, , схема соединения неполная звезда.

<1

где - первичный номинальный ток трансформатора тока.

Предельная кратность меньше единицы, т. е. трансформатор тока можно не проверять на полную погрешность, она не превысит 10%.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. . Методические указания к курсовому проектированию для студентов. Лю защита и автоматизация систем электроснабжения, Изд-во ДВГТУ 2001

2. Шабад тока в схемах релейной защиты. Часть первая. Экспериментальная и расчетная проверки. С-П, 1995,

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