Исследование электрической схемы подстанции 220/110/35/6 "Лена"

При коротких замыканиях на защищаемом элементе устойчивость функционирования характеризуется чувствительностью. Под чувствительностью релейной защиты понимается ее способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально.

Чувствительность защиты оценивают коэффициентом чувствительности. Он регламентирует отношение между значением воздействующей величины при металлическом коротком замыкании в защищаемой зоне и установленным на защите значением параметра ее срабатывания. Правилами устройств электроустановок (ПУЭ) определены необходимые минимальные коэффициенты чувствительности для различных защит и защищаемых элементов.

Надежность функционирования. В устройствах релейной защиты и автоматики сигналы в процессе преобразования и передачи могут искажаться и ослабляться из-за помех и неисправностей отдельных функциональных элементов, что приводит к отказам функционирования, поэтому устройства защиты и автоматики должны выполняться с определенной степенью надежности. Под надежностью систем энергетики понимают свойство объекта выполнять задание функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации. Очевидно, что для обеспечения требуемой надежности устройства релейной защиты и автоматики должны выполняться с применением высококачественных и надежно работающих реле и других элементов.

6.2 Защита автотрансформаторов АТДЦТН-125000/220

Основными видами повреждений трансформаторов, которые учитываются при выполнении их релейной защиты, являются многофазные и однофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах, а также «пожар» в стали сердечника (вызывается вихревыми токами при нарушении изоляции между пластинами магнитопровода). Однофазные замыкания рассматриваются двух видов - на землю и между витками фазы обмотки (витковые замыкания). Основными ненормальными режимами работы являются внешние КЗ, перегрузки, недопустимое понижение уровня масла и недопустимые повышения напряжения. При возникновении наиболее опасных повреждений (многофазные и витковые КЗ) защиты должны без выдержки времени действовать на отключение выключателей трансформатора.

Для защиты мощных трансформаторов S > 6,3 МВА от КЗ внутри обмоток на их выводах и в соединениях до выключателей применяются продольные дифференциальные токовые защиты. От всех повреждений внутри бака с масляным заполнением и понижения уровня масла широко используется газовая защита - единственная в технике релейной защиты работающая на неэлектрическом принципе. Также для защиты от сверхтоков и перегрузок применяется МТЗ - максимальная токовая защита.

6.2.1 Продольно дифференциальная защита автотрансформатора с реле ДЗТ-21

Комплект защитных устройств, получивших название ДЗТ-21, представляет собой блок на полупроводниковых элементах, обладающий свойствами, характерными для дифференциальных реле, но более высокой чувствительности, достаточной для отключения повреждений, сопровождающихся токами в защите, меньшими номинальных. Блок обладает улучшенными свойствами отстройки от бросков тока намагничивания и токов небаланса при внешних КЗ. Защита выполнена трехфазной в четырехмодульной кассете: три модуля по числу фаз и четвертый общий модуль питания и управления (стабилизатор питания, выходное промежуточное реле, сигнализация). Реле позволяет осуществить торможение от двух групп трансформаторов тока. При необходимости торможения от трех групп трансформаторов тока используется приставка дополнительного торможения типа ПТ-1. Для выравнивания вторичных токов в плечах защиты могут использоваться автотрансформаторы тока (TAL). Особенности принципов, в соответствии с которыми разработан комплект защиты типа ДЗТ-21, гарантируют необходимую чувствительность ко всем вероятным видам повреждений в зоне защиты, поэтому необходимости в проверке чувствительности нет. В дополнение к основной дифференциальной защите автотрансформатора на ДЗТ-21 применяется обычный набор дополнительных защит.

Определение первичных токов для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующих его номинальной мощности:

(6.1)

где I_НОМ - первичный номинальный ток трансформатора;

S_HOM - номинальная мощность защищаемого трансформатора, кВА;

U_НОМ - номинальное напряжение на высокой, средней или низкой стороны трансформатора, кВ.

Ток на стороне ВН:

Ток на стороне СН:

Ток на стороне НН:

Выбор трансформаторов тока и расчет коэффициентов трансформации. В соответствии со схемами соединения обмоток защищаемого силового трансформатора выбираются схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока ТА. Так как трансформатор имеет схему соединения обмоток Y/Y/?, то вторичные обмотки ТА на стороне ВН и СН соединяются в треугольник, а на стороне НН - в полную звезду. При этом в дифференциальной цепи устанавливаются три реле ДЗТ - 21.

Расчетные коэффициенты трансформации ТА определяются по формуле:

(6.2)

где К_СХ - коэффициент схемы;

К_СХ = 1 - для схемы соединения обмоток ТА в Y.

К_СХ = - для схемы соединения обмоток ТА в ?.

I_НОМ(ТА) - номинальный вторичный ток ТА, равный 5 А;

> стандартное значение K_ТА.ВН ???

> стандартное значение K_ТА.СН ???

> стандартное значение K_ТА.НН ???

Расчет вторичных токов в плечах защиты. Расчет производится по формуле:

(6.3)

На стороне ВН, где обмотки ТА соединены в ?:

На стороне СН, где обмотки ТА соединены в ?:

На стороне НН, где обмотки соединены в Y:

Результаты выполненных выше расчетов помещены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

Исходные данные и выбор ТА

Параметры	Обозначение и метод определения	Числовые значения на сторонах
		220 кВ	110 кВ	10 кВ
Максимальное значение тока в обмотках трансформатора при внешнем трехфазном КЗ, приведённое к стороне ВН, кА		4,8	7,85	18,5
Минимальное значение тока в обмотках трансформатора при внешнем двухфазном КЗ, кА		2,339	4,111	13,923
Первичный ток на сторонах защищаемого трансформатора, А		313,777	627,555	3306,64
Схема соединения вторичных обмоток ТА		?	?	Y
Коэффициент схемы включения реле защиты	КСХ			1
Расчетный коэффициент трансформации трансформатора тока
Принятый коэффициент трансформации ТА	КТА
Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий номинальной мощности трансформатора, А		4,559	5,435	4,133

Определение необходимости установки выравнивающих автотрансформаторов. Выбирается одна любая из сторон защищаемого трансформатора, принимаемая в дальнейших расчетах за основную. Вторичные обмотки ТА основной стороны подсоединяются к ответвлению трансреактора (ТАV) реле ДЗТ-21 либо непосредственно, либо через промежуточные выравнивающие автотрансформаторы (ТАL). Непосредственное подсоединение вторичных обмоток ТА к трансреакторам реле выполняется, если значения вторичных токов ТА основной стороны находятся в пределах от 2,5 до 5 А.

За основную принимаем сторону ВН, тем более, что номинальный ток этой стороны примерно равен номинальному току трансреактора на ответвлении 2 (табл.4.1., [5]). Таким образом, на основной стороне, где =4,559 А, выравнивающего автотрансформатора не требуется, а вторичные обмотки ТА подсоединяются непосредственно к трансреакторам реле ДЗТ-21.

Определение номера ответвления для трансреактора комплекта ДЗТ-21 на основной стороне. Для основной стороны выбирается ответвление трансреактора TAV с таким номинальным током, чтобы выполнялось соотношение:

( 6.4.)

Для рассматриваемого трансформатора на стороне ВН, где =4,559 А, согласно формуле 6.4. по таблице 4.1. [5] можно выбрать ответвление 2, т.е. =4,6 А.

Определение номеров ответвлений для автотрансформаторов трансреакторов на не основных сторонах. Ответвления трансреактора или автотрансформаторов АТ-31 или АТ-32 для не основных сторон следует выбирать, исходя из вторичного тока _. в плечах защиты на рассматриваемой не основной стороне и тока выбранного ответвления основной стороны. При этом должно выполняться соотношение:

( 6.5.)

Принимаются ответвления с номинальным током, равным или ближайшим меньшим расчетного.

Для рассматриваемого случая получаются следующие цифры и подсоединения

Сторона СН:

Если значение номинального тока, выбранного согласно формуле 6.5. ответвления трансреактора, отличается от расчетного значения тока в целой части или в первом знаке после запятой, то на данной не основной стороне целесообразно включение выравнивающего автотрансформатора (АТ-31 или АТ-32), даже если ток находится в пределах от 2,5 до 5 А. В нашем случае так и произошло, т.к. ближайший наименьший ток ответвления трансреактора (табл.4.1., [5]) равен 5 А, что значительно отличается от 5,48 А.

В рассматриваемом случае поскольку значение находится в выше 5 А, то необходимо применить АТ-32. Единственным условием является подбор коэффициента трансформации автотрансформатора так, чтобы ток равный , в максимальной степени соответствовал одному из значений токов трансреактора из таблицы 4.1. [5]. Таким значением для нашего примера является понижающего автотрансформатора АТ-32, поскольку А, что соответствует номинальному току ответвления №5 трансреактора. При использовании АТ-32 с таким вторичные обмотки ТА на стороне НН следует подключить к входным клеммам автотрансформатора 1-6, а реле ДЗТ-21 - к выходным клеммам 1-3 (табл. 4.3., [5]).

Сторона НН:

Поскольку этот ток также отличается от номинального значения тока, то на данной не основной стороне также целесообразно включение выравнивающего автотрансформатора. Коэффициент трансформации автотрансформатора подбираем так, чтобы ток равный , в максимальной степени соответствовал одному из значений токов трансреактора из таблицы 4.1. [15]. Таким значением для нашего примера является понижающего автотрансформатора АТ-32, тогда А, а номер ответвления трансреактора №5. В этом случае номера входных клемм автотрансформатора, к которым подсоединяются вторичные обмотки ТА стороны НН согласно таблице 4.3 [15], 1-5, а выходных - 1-3.

Выбор сторон, на которых используется торможение и уставки начала торможения. В рассматриваемом случае применяем торможение на всех сторонах, для чего используются промежуточные трансформаторы тока на двух сторонах и приставка дополнительного торможения на третьей стороне. Уставка «начала торможения» при торможении со всех сторон будет определяться как:

( 6.6.)

Выбор ответвлений промежуточных трансформаторов тока цепи торможения реле. Ответвление промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставки дополнительного торможения выбираются на основании выражения:

, ( 6.7.)

где - коэффициент трансформации выравнивающего трансформатора на стороне, где осуществляется торможение (если автотрансформатора нет, то ).

Сторона ВН (основная):

Сторона СН:

Сторона НН:

Ответвления принимаются по таблице 4.4. 15 с током равным или ближайшим меньшим расчетного. Т.о. для стороны ВН номер ответвления - 2, для стороны СН номер ответвления - 2, для стороны НН номер ответвления - 3.

Результаты расчетов помещены в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

Результаты расчета параметров элементов подключения реле ДЗТ-21

Параметры	Обозначение и метод определения	Числовые значения на сторонах
		110 кВ	35 кВ	10 кВ
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на основной стороне, А		4,6	-	-
Расчетный ток ответвления автотрансформаторов тока на не основных сторонах, А		-	5,48	4,17
Тип автотрансформаторов тока в плечах защиты	по табл. 4.3	-	АТ-32	АТ-32
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подводятся вторичные токи в плечах защиты, А	по табл. 4.3	-	5,435	4,133
Номер используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подводятся вторичные токи в плечах защиты	по табл. 4.3.	-	1-6	1-5
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подключено реле, А	по табл. 4.3	-	3	3
Номер используемого ответвления автотрансформатора тока, к которому подключено реле	по табл. 4.3.	-	1-3	1-3
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора на не основной стороне, А	по табл. 4.1.	-	3	3
Номер используемого ответвления трансреактора реле	по табл. 4.1.	2	5	5
Расчетный ток ответвления промежуточных ТА цепи торможения реле, А		4,559	3,071	2,973
Номинальный ток принятого ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения (приставки), А		3,75	3,75	3
Номер используемого ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения (приставки), А	по табл. 4.4.	2	2	3

Определение первичного тормозного тока, соответствующего началу торможения. Первичные токи начала торможения является основой для определения минимального тока срабатывания защиты при отсутствии торможения.

При использовании торможения на всех сторонах силового трансформатора первичный тормозной ток, соответствующий началу торможения, определяется по формуле (6.8.):

( 6.8.)

где - коэффициент токораспределения соответственно для сторон ВН, СН, НН в расчетном нагрузочном режиме. Если нет специальных указаний можно условно считать, что расчетный режим соответствует номинальному току в обмотках ВН и токам в обмотках СН и НН с коэффициентами =0,5. Тогда для рассматриваемого случая:

Определение тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения. Ток небаланса в режиме, соответствующем началу торможения определяется по формуле (6.9.):

, ( 6.9.)

где - составляющая тока небаланса от погрешности трансформаторов тока;

- составляющая тока небаланса от регулирования коэффициента трансформации силового трансформатора;

- составляющая тока небаланса от несовпадения расчетных токов и номинальных токов используемых ответвлений автотрансформаторов тока.

, ( 6.10.)

где =1 - коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ;

=1 - коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока;

- относительное значение погрешности трансформаторов тока;

( 6.11.)

где - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на стороне ВН и СН соответственно;

- коэффициент токораспределения, отражающий долю тока КЗ, протекающего по обмотке ВН и СН соответственно в расчетном режиме внешнего КЗ.

( 6.12.)

где - расчетные значения токов на не основных сторонах для выбора схемы включения АТ-31, АТ-32 или трансреактора реле ДЗТ-21;

- номинальные токи принятых ответвлений.

Тогда для рассматриваемого примера:

, так как нет регулировки.

Определение первичного минимального тока срабатывания защиты. Первичный минимальный ток срабатывания защиты (ее чувствительного органа) с ДЗТ-21 определяется из двух основных условий:

1) отстройки от расчетного первичного тока небаланса в режиме, соответствующему началу торможения:

, ( 6.13.)

где .

2) отстройки от тока небаланса переходного режима при внешнем коротком замыкании:

( 6.14.)

За основу для настройки принимается большее из этих двух значений:

Таким образом за основу для настройки реле принимается

Определение относительного минимального тока срабатывания реле. Ток срабатывания чувствительного органа реле устанавливается специальным пусковым сопротивлением в комплексе ДЗТ-21. Значение этого тока определяется по формуле:

, ( 6.15.)

где - коэффициент трансформации трансформатора тока для расчетной стороны;

- коэффициент схемы для расчетной стороны.

Расчетной стороной, т.е. стороной, для которой взяты все величины в данном выражении, принимается та не основная сторона, где ток принятого ответвления трансреактора или автотрансформатора, т.е. _., в максимальной степени отличается от расчетного, т.е от . В данном случае такой стороной является сторона НН:

Определение коэффициента торможения защиты. Коэффициент торможения , равный тангенсу угла наклона тормозной характеристики, выбирается из условия недействия защиты от тока небаланса при внешнем трехфазном КЗ в максимальном режиме работы системы и определяется по формуле:

, ( 6.16.)

где

- расчетный ток небаланса, определенный для тока внешнего трехфазного КЗ в максимальном режиме. При определении берем , а .

Полученное расчетное значение выставляется на реле ДЗТ-21 при помощи переменного резистора.

Расчет тока срабатывания дифференциальной токовой отсечки. Большая эффективность тормозных свойств реле ДЗТ-21 при наличии апериодических составляющих в токе КЗ может дать отрицательные результаты. Например, при внутренних КЗ с большими токами может возникнуть замедление срабатывания реле (пока не исчерпается апериодическая составляющая). Для обеспечения надежности и уменьшения времени действия реле при больших кратностях тока КЗ в защищаемой зоне в комплекте ДЗТ-21 предусмотрена дифференциальная токовая отсечка, т.е. дифференциальная защита без отстройки от апериодической составляющей и без тормозных свойств. Первичный ток срабатывания дифференциальной токовой отсечки определяется условиями отстройки от броска тока намагничивания и от тока небаланса при внешнем трехфазном коротком замыкании.

Как показали исследования, надежная отстройка от броска тока намагничивания получается, если ток срабатывания будет равен или больше . В переводе на первичный ток это составит:

( 6.17.)

Второй вариант расчета - отстройка от максимального расчетного тока небаланса. Расчетный ток небаланса может быть определен по выражению:

Тогда

Таким образом, лимитирующей является отстройка от максимального расчетного тока небаланса, и для настройки реле принимается первичный ток 8799,097 А.

Чувствительность дифференциальной защиты на ДЗТ-21 может не проверятся, т.к. она заведомо выше требуемой согласно ПУЭ. Чувствительность дифференциальной токовой отсечки не определяется, т.к она является вспомогательным элементом.

6.2.2 Защита от многофазных КЗ на шинах НН

В трансформаторах и автотрансформаторах значительной мощности для отключения КЗ на шинах, а также для резервирования отключения повреждений на элементах, присоединённых к этим шинам, рекомендуется применять максимальные токовые защиты (МТЗ) с комбинированным пуском по напряжению. Опытные данные и теоретические исследования показали, что применение простой МТЗ и даже МТЗ с блокировкой минимального напряжения не обеспечивают должной чувствительности.

Защита выполняется двумя токовыми реле РТ - 40, которые присоединяются к ТА, соединённым в неполную звезду и установленным в цепи ответвления к выключателю НН. Пусковые органы напряжения выполняются посредством фильтр-реле обратной последовательности РНФ - 1М и минимального реле напряжения РН - 54/160, присоединённых к трансформатору напряжения TV, установленному на шинах НН. Схема присоединения пусковых органов напряжения показана на рис. 6.1.



Рис. 6.1. Схема подсоединения пусковых органов напряжения

Ток срабатывания защиты определяется по формуле:

(6.18)

где К_отс = 1,2 - коэффициент отстройки (надёжности);

К_В = 0,8 - коэффициент возврата.

Для рассматриваемого случая:

Ток срабатывания реле определяется:

(6.19)

где К_СХ = 1 - коэффициент схемы;

К_ТА = 4000/5 - коэффициент трансформации ТА (табл. 5.1).

Первичное напряжение срабатывания фильтр-реле напряжения обратной последовательности определяется из условия отстройки от напряжения небаланса в нагрузочном режиме.

где U_ном - номинальное междуфазное напряжение.

Поскольку , то напряжение срабатывания реле РНФ-1М будет равно

Первичное напряжение срабатывания минимального реле напряжения определяется из условия отстройки от напряжения самозапуска двигателей от действия АВР и может быть принято 0,7 U_ном, т.е. для реле РН - 54/160 это составит 70 В. Как уже было сказано выше защита выполняется с двумя выдержками времени:

где t_ПР.max - максимальная выдержка времени защит присоединений к шинам НН трансформатора; t = 0,5 - 0,6 с - ступень выдержки времени.

Чувствительность МТЗ по току при двухфазном КЗ в минимальном режиме на шинах НН оценивается коэффициентом чувствительности , который составляет:

 (6.20)

где I⁽²⁾_{КЗ.min.НН} - ток двухфазного КЗ на шинах НН в минимальном режиме, приведённый к напряжению 11 кВ.

Согласно ПУЭ значение К_Ч для МТЗ от сверхтоков не должно быть менее 1,5.

6.2.3 Защита от многофазных КЗ на стороне СН

Защита предназначена для резервирования отключения КЗ на ошиновке и шинах СН, а также на элементах, присоединённых к этим шинам. (защита от сверхтоков СН). В качестве этой защиты используют МТЗ с комбинированным пуском по напряжению, выполненной аналогично описанной выше для стороны НН.

На основании формул 6.18, 6.19, и 6.20 для МТЗ на стороне СН получим:

Защита, как правило, имеет три выдержки времени и действует последовательно на отключение секционного выключателя шин СН, на отключение выключателя СН трансформатора, на отключение трансформатора со всех сторон (на выходные промежуточные реле).

или

где t_ПР.max - максимальная выдержка времени защит присоединений к шинам СН трансформатора.

6.2.4 Защита от многофазных КЗ на стороне ВН

Защита предназначена для резервирования отключения КЗ на шинах НН и СН, а также для резервирования основных защит трансформатора. Защита присоединяется к ТА, установленным на стороне ВН. На трёхобмоточных трансформаторах с односторонним питанием вторичные обмотки ТА соединяются в треугольник. Защита выполняется тремя токовыми реле типа РТ-40. Так же, как и на сторонах НН и СН, рекомендуется применение защиты с комбинированным пуском по напряжению. При этом в качестве пусковых органов используются реле РНФ-1М и РН54/160, установленные на стороне НН и СН. Защита выполняется с одной выдержкой времени, равной наибольшей из выдержек времени соответствующих защит на сторонах НН и СН, и действует на выходные промежуточные реле для отключения трансформатора со всех сторон.

Для рассматриваемого случая:

Выдержка времени принимается равной наибольшей из выдержек времени МТЗ, установленных на сторонах НН и СН.

Чувствительность защиты оценивается при двухфазных КЗ на шинах НН и СН при работе системы в минимальном режиме. Из сопоставления токов видно, что лимитирующим (минимальным) будет режим с КЗ на шинах НН.

6.2.5 Защита от перегрузки автотрансформатора

Предназначена для защиты от симметричных перегрузок. Обычно выполняется МТЗ с независимой выдержкой времени. Защита осуществляется одним реле типа РТ-40, включенным на ток одной фазы. На трёхобмоточных трансформаторах при одностороннем питании эта защита устанавливается на обмотках ВН и НН. Реле тока устанавливаются во вторичные цепи тех же ТА, которые обеспечивают работу МТЗ от многофазных КЗ. Защита действуют на сигнал с выдержкой времени большей максимальной выдержки времени резервных защит трансформатора.

( 5.21)

где I_ном - номинальный ток трансформатора, приведенный к стороне, где установлена защита;

К_отс = 1,05 - коэффициент отстройки (надёжности);

К_В = 0,8 - коэффициент возврата.

На стороне НН:

На стороне СН:

На стороне ВН:

Чувствительность токовых защит от перегрузки не оценивается.

6.2.6 Газовая защита

Газовая защита предназначена от замыкания внутри бака трансформатора и в контактном отсеке РПН, сопровождающихся выделением газа. Один комплект реле находится в патрубке, соединяющим основной бак трансформатора с баком расширителя, второй комплект - в контакторном отсеке РПН.

Газовая защита бака трансформатора - двухступенчатая. Одна ступень действует на сигнал, другая на отключение трансформатора. Газовая защита отсека РПН имеет одну ступень, действующую на отключение.

Газовая защита является чисто механическим устройством, идёт в комплекте с силовым трансформатором и расчётных параметров не имеет. Контактные элементы газовой защиты должны быть учтены при синтезе принципиальной схемы оперативных цепей защиты.



Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис. 6.2., а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис. 6.2., б).

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам.

Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых - нереагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными.

Выше приведенные расчеты применимы как для автотрансформатора АТ-1, так и для автотрансформатора АТ-2 ввиду аналогичности их параметров и примерно равной загрузки.

7. УНИВЕРСАЛЬНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЗАЩИТ

7.1 Тенденции развития элементов и систем релейной защиты

Релейная зашита является основным видом автоматики в электрических сетях и системах без которой невозможна нормальная работа этих систем и другого электротехнического оборудования. Основным элементом любой зашиты, является реле. Тенденция развития релейных защит в настоящее время заключается в постепенной замене контактных элементов на бесконтактные, электромеханических комплексов релейной защиты узкого предназначения на цифровые, компьютерные комплексы с весьма широкими возможностями. Обуславливается это рядом неоспоримых преимуществ компьютерных, микропроцессорных комплексов перед электромеханическими устройствами:

- обеспечение точности и постоянства характеристик;

- уменьшение эксплуатационных расходов и повышение надежности вследствие непрерывной самодиагностики;

- возможность измерения, регистрации, индикации режимов и событий;

- возможность реализации полноценной автоматической системы управления технологическим процессом.

7.2 Возможности микропроцессорного блока релейной защиты и автоматики серии «БЭМП»

Компьютерная защита «БЭМП» выполняет все необходимые функции релейной защиты, автоматики, сигнализации и управления для присоединения среднего напряжения 6 - 35 кВ. Может применяться в качестве основного устройства РЗА присоединений комплектных распределительных устройств (КРУ) электрических станций и распределительных подстанций сетевых предприятий, промышленных предприятий, а также предприятий нефтяного и газового комплекса. Защита выполняется в виде компактной панели, представленной на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Микропроцессорный блок релейной защиты и автоматики серии «БЭМП»

Типовые функциональные схемы БЭМП позволяют проектировать устройства защиты и автоматики:

- защиты воздушных и кабельных линий;

- защиты вводных и секционных выключателей;

- защиты асинхронных и синхронных двигателей;

- устройства контроля напряжения секции шин;

- устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР);

- устройства быстрого автоматического ввода резерва;

- ряд других исполнений устройств РЗА.

7.3 Характеристика физической модели лабораторного стенда

При подготовке современных инженеров-электриков необходимо знакомить их с такими защитами, изучать их в лаборатории. Чтобы осваивать принципы настройки и работы этих защит, а также их возможности, необходимо иметь дело с действующими образцами. Для этого в лаборатории необходима физическая модель объекта, на которую и должна работать соответствующая защита.

Передо мной была поставлена задача разработать такую модель. При разработке были учтены следующие требования:

1. Универсальность, а именно возможность подсоединения любой цифровой защиты;

2. Соблюдение коэффициентов подобия с реальным объектом;

3. Возможность воспроизведения таких факторов, которые позволят исследовать все основные возможности защит;

4. Наличие необходимых источников питания, в том числе и для функционирования блоков защит;

5. Наличие сигнальных устройств;

6. Безопасность работы с моделью.

На данную физическую модель будет осуществлено подключение панели защиты типа «БЭМП». В недалеком будущем на базе дипломного проектирования такая лабораторная установка будет собрана.

За основу для моделирования была взята линия класса напряжения 35 кВ, протяженностью 40 км, выполненная проводом марки АС-70/11, питающая нагрузку мощностью 4 МВА. Линия отходит от подстанции с сопротивлением системы 15 Ом.

Принят коэффициент подобия

- по напряжению:

,

где - напряжение линии, кВ

- напряжение модели, В.

- по току:

,

где - номинальный ток, протекающий по линии, А;

- номинальный ток модели, А

В результате модель линии имитируется сопротивлением:

Ом

где - длина линии, км

- удельное сопротивление провода, Ом/км

Сопротивление нагрузки:

А

где - мощность нагрузки, МВА,

Ом

где - сопротивление нагрузки, Ом.

При таком сопротивлении и питании от 380 В в цепях будут протекать токи:

А,

где - сопротивление системы, Ом.

Далее осуществлен расчет токов короткого замыкания в различных точках модели. На их основании далее была выбрана коммутационная аппаратура.

Рис. 7.2. Схема замещения физической модели линии

Короткое замыкание в точке К1:

;

Короткое замыкание в точке К2:

;

Короткое замыкание в точке К3:

Для создания модели была выбрана следующая коммутационная аппаратура:

- магнитные пускатели, имитирующие короткие замыкания;

- двухпозиционное промежуточное реле РП-12;

- автоматические выключатели ВА47-29;

- кнопки мгновенного действия и переключатели.

На модели будут установлены трансформаторы тока (), к которым возможно подсоединение любых комплексов защиты. Также предусмотрены источники постоянного оперативного тока [В].

В результате разработана принципиальная схема и схема подключения защиты, представленные на рис. 7.3 и рис. 7.4 соответственно.

Рис. 7.3. Принципиальная схема физической модели

Рис. 7.5. Схема подключения защиты

Таким образом, разработанная физическая модель удовлетворяет всем поставленным к ней требованиям и готова к практической реализации.

8. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

В данной главе дипломного проекта определим сметную стоимость предполагаемой установки двух новых автотрансформаторов на подстанции «Лена», т.е. составим смету на приобретение и монтаж электрооборудования. Кроме этого произведем расчет стоимости сооружения лабораторного стенда по исследованию компьютерных защит.

Стоимость строительства определяется его сметой - экономическим документом, характеризующим предел допустимых затрат на сооружение объекта. Сметы служат исходным документом для планирования капитального строительства. В сметах определяются денежные, трудовые и материальные затраты, необходимые для выполнения определенного объема строительно-монтажных работ.

Для определения сметной стоимости используются сметные нормы на строительные работы, прейскуранты на оборудования, ценники на монтаж оборудования, единичные расценки - нормативы, характеризующие сметную стоимость единицы строительных работ и включающим стоимость материалов, заработную плату рабочих, затраты на эксплуатацию используемых механизмов (прямые затраты на единицу работ); нормы накладных расходов. Для типовых строительных работ имеются единые районные единичные расценки (ЕРЕР), при использовании которых вносят некоторые поправки, вытекающие из конкретных условий строительства.

Исходными материалами для определения сметной стоимости строительства объекта служат данные проекта по составу оборудования, объему строительных и монтажных работ. В связи с тем, что существует очень много различных технических и экономических нюансов при формировании цен на промышленное оборудование в современных рыночных условиях. Сметой на приобретение оборудования учитываются затраты на транспортировку, складирование, хранение, доставку и погрузочно-разгрузочные работы.

В данном проекте составим локальную ресурсную ведомость на приобретение и монтаж основного электрооборудования (по ГЭСНм).

• Государственные элементные сметные нормы (ГЭСНм) предназначены для определения потребности в ресурсах (затраты труда рабочих, строительные машины, материалы) при выполнении работ по монтажу электротехнических установок и составления сметных расчетов (смет) ресурсным методом. ГЭСНм-2001 являются исходными нормативами для разработки единичных расценок на работы федерального (ФЕР), территориального (ТЕР), отраслевого уровней, индивидуальных и укрупненных норм (расценок) и других нормативных документов, применяемых для определения прямых затрат в сметной стоимости монтажных работ.

Состав работы для данного типа автотрансформатора включает в себя:

1. Укладка и демонтаж временных клеток из шпал и рельсов по шпалам;

2. Установка и очистка баков для масла;

3. Прокладка и демонтаж временных маслопроводов;

4.Промывка маслопровода;

5.Монтаж трансформатора;

6.Слив масла из трансформатора;

7.Монтаж и демонтаж ФОСН;

8.Монтаж и демонтаж вакуумпровода;

9.Ваккумирование трансформатора;

10.Залив масла в трансформатор;

11.Сушка и засыпка силикагеля;

12.Отбор проб масла;

13.Прокладка и разделка кабеля;

14.Контрольный прогрев;

15.Дежурство при опробовании и испытании;

16.Присоединение.

8.1 Определение сметной стоимости предполагаемой установки автотрансформаторов

Таблица 8.1.

Локальная ресурсная ведомость на приобретение и монтаж основного электрооборудования.

Номер по порядку	Шифр номера норматива и код ресурса	Наименование работ и затрат, характеристика оборудования и его масса	Единицы измерения	Количество
				на единицу измерения	общая
	08-01-001-17	Автотрансформатор АТДЦТН - 125/220/110	шт.	2
1.		Затраты труда рабочих-монтажников	чел.-ч	1099	2198
1.1		Средний разряд работы		4
2.		Затраты труда машинистов	чел.-ч	127	254
3.		МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ
	021102	Краны на автомобильном ходу при работе на монтаже технологического оборудования 10 т	маш.-ч	71,1	142,2
	400002	Автомобили бортовые грузоподъемностью до 8 т	маш.-ч	7,94	15,88
	030203	Домкраты гидравлические грузоподъемностью 63 т	маш.-ч	76,2	152,4
	350701	Станции насосные для привода гидродомкратов	маш.-ч	9,05	18,1
	010410	Тракторы на пневмоколесном ходу при работе на других видах строительства (кроме водохозяйственного) 59 (80) кВт (л.с.)	маш.-ч	1,24	2,48
	040502	Установки для сварки ручной дуговой (постоянного тока)	маш.-ч	9,21	18,42
	351101	Установки "Суховей"	маш.-ч	42	84
	050102	Компрессоры передвижные с двигателем внутреннего сгорания давлением до 686 кПа (7 ат) 5 м3/мин	маш.-ч	42	84
	351051	Установки передвижные цеолитовые	маш.-ч	6,26	12,52
	350221	Маслоподогреватели	маш.-ч	6,26	12,52
	350202	Маслонасосы шестеренные 2.3 м3/час	маш.-ч	15,8	31,6
	350801	Установки вакуумной обработки трансформаторного масла	маш.-ч	18,1	36,2
	350401	Насосы вакуумные 3.6 м3/мин	маш.-ч	69,1	138,2
	350100	Выпрямители полупроводниковые для подогрева трансформаторов	маш.-ч	12,6	25,2
	351251	Шкафы сушильные	маш.-ч	9,28	18,56
	030902	Подъемники гидравлические высотой подъема 10 м	маш.-ч	5,09	10,18
4.		МАТЕРИАЛЫ
	202-0012	Пути крановые из рельсов железнодорожных на бетонном основании, марка стали С 255. Рельсы железнодорожные	т	0,0025	0,005
	105-0071	Шпалы непропитанные для железных дорог 1 тип	шт.	3,68	7,36
	102-0081	Пиломатериалы хвойных пород. Доски необрезные длиной 4-6.5 м, все ширины, толщиной 44 мм и более III сорта	м3	0,062	0,124
	101-9184	Скобы металлические	кг	33,3	66,6
	101-0324	Кислород технический газообразный	м3	14,8	29,6
	542-0042	Пропан-бутан, смесь техническая	кг	8	16
	101-1924	Электроды диаметром 4 мм Э42А	кг	5,83	11,66
	101-1627	Сталь углеродистая обыкновенного качества, марка стали ВСт3пс5, листовая толщиной 4-6 мм	т	0,0343	0,0686
	101-1805	Гвозди строительные	т	0,001	0,002
	101-0113	Бязь суровая арт. 6804	10 м2	0,472	0,944
	113-9042	Клей БМК-5к	кг	0,61	1,22
	500-9597	Шлифовальная бумага	кг	2	4
	542-0031	Смазка универсальная тугоплавкая УТ (консталин жировой)	т	0,00036	0,00072
	543-0001	Пластина техническая без тканевых прокладок	т	0,015	0,03
	500-9204	Прессшпан листовой, марки А	кг	0,3	0,6
	101-9852	Краска	кг	0,24	0,48
	500-9502	Бирки-оконцеватели	100 шт.	1,84	3,68
	534-9100	Муфта	шт.	20	40
	103-0006	Трубы стальные сварные водогазопроводные с резьбой черные легкие (неоцинкованные) диаметр условного прохода 50 мм, толщина стенки 3 мм	м	0,0875	0,175
	101-1641	Сталь угловая, равнополочная, марка стали ВСт3кп2 размером 50х50х5 мм	т	0,001	0,002
	544-0054	Лакоткани хлопчатобумажные на перкале В, марки ЛХММ-105, шириной 800-850 мм, толщиной 0,24 мм	м2	3	6

8.2 Стоимость сооружения лабораторного стенда по исследованию компьютерных защит

Рассмотрим капитальные затраты на сооружение лабораторной установки. В связи с отсутствием стабильных цен расчеты произведены в ценах 2007 года. Результаты приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.2.

Затраты на сооружение лабораторного стенда

№ п/п	Наименование	Цена, руб.	Кол-во, шт.	Общая стоимость, руб.
1	2	3	4	5
1	Микропроцессорный блок релейной защиты типа БЭМП 1-01	50000	1	50000
2	Кнопки мгновенного действия	36,05	5	180,25
3	Понижающий трансформатор	3000	1	3000
4	Переключатели	70,2	2	140,4
5	Магнитные пускатели	458,45	3	1375,35
6	Автоматический выключатель типа ВА47-29	74,85	2	149,7
7	Выпрямитель	200	1	200
8	Сигнальные лампы	30,91	6	185,46
9	Двухпозиционное реле РП-12	1389,80	1	1389,80
10	Трансформатор тока	300	3	900
Итого	57520,96

9. Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках

Нарушение правил электробезопасности при использовании технологического оборудования, электроустановок и непосредственное соприкосновение с токоведущими частями установок, находящихся под напряжением, создает опасность поражения электрическим током [15]. Из 100 случаев поражения электрическим током 90 - это летальный исход. Поэтому стоит уделять должное внимание мероприятиям по обеспечению безопасности работ на электроустановках.

Мероприятия по обеспечению безопасности работ на электроустановках делятся на организационные и технические [12]. Во избежание несчастного случая при работе на электроустановке существует ряд норм и правил, которые направлены на организацию безопасной работы на электроустановках. В данной главе рассматриваются организационные мероприятия.

Организационные мероприятия, обеспечивающие безопасность работ в электроустановках, являются:

- оформление работ нарядом, распоряжением или перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации;

- допуск к работе;

- надзор во время работы;

- оформление перерывов в работе, перевода на другое рабочее место, окончания работы и т.д.

Работы в электроустановках проводятся по устному или письменному распоряжению (наряду). Работы без снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением, кратковременные и небольшие по объему работы с полным или частичным снятием напряжения, а также без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением, выполняемые оперативным персоналом или под его наблюдением, проводятся по устному распоряжению. Работы с полным или частичным снятием напряжения, а также без снятия напряжения вблизи и на токоведущих частях, находящихся под напряжением, выполняются по наряду. В наряде указывают место работы, время начала и окончания работы, условия безопасного проведения работы, состав бригады и лиц, ответственных за безопасность проведения работы.

Ответственными за безопасность работ являются следующие: лицо, выдающее наряд или отдающее распоряжение; допускающий (ответственное лицо оперативного персонала), ответственный руководитель работ, производитель работ, наблюдающий, члены бригады. Право выдачи нарядов предоставляется лицам электротехнического персонала предприятия и уполномоченным на выдачу нарядов распоряжением ответственного за электрохозяйство (энергетика) предприятия. Эти лица имеют квалификационную группу V, а в электроустановках напряжение до 1000 В - не ниже IV. Право отдавать распоряжения на производство работ, перечень которых определен главным энергетиком предприятия, предоставляется также лицам оперативного персонала с квалификационной группой не ниже IV.

Допуск бригады к работе по наряду. Перед допуском к работе ответственный руководитель и производитель работ совместно с допускающим проверяют выполнение технических мероприятий безопасности. Затем производится допуск бригады, при этом допускающий проверяет соответствие состава бригады и квалификации лиц записи в наряде; прочитывает по наряду фамилии ответственного руководителя, производителя работ, членов бригады и содержание работы; объясняет бригаде, откуда снято напряжение, где наложены заземления, какие части ремонтируемого и соседних присоединений остались под напряжением и какие особые условия производства работ соблюдаться; убеждается, что все изложенное бригадой понято; доказывает отсутствие напряжения на присоединениях, выделенных для выполнения работ: в установках напряжением выше 35 кВ показом наложенных заземлений; в установках напряжением 35 кВ и ниже, там, где заземления не видны с места работы, прикосновением к токоведущим частям рукой после предварительной проверки отсутствия напряжения указателем напряжения; при наличии заземлений, наложенных непосредственно у места работы, прикосновение к токоведущим частям не требуется; сдает рабочее место производителю работ.

Один экземпляр наряда, по которому сделан допуск, находится у производителя работ, а второй - у оперативного персонала.

Надзор во время работы. После допуска бригады к работе надзор за членами бригады с целью предупреждения нарушений требований техники безопасности возлагается на производителя работ (или наблюдающего). Производитель работ (или наблюдающий) все время находится на месте работы. Членов бригады, работающих отдельно, производитель работ приводит на рабочее место и дает необходимые указания по технике безопасности. При необходимости отлучки производитель работ (или наблюдающий), если на время отлучки его не могут заменить ответственный руководитель или лицо, выдавшее наряд, или лицо оперативного персонала, обязан удалить бригаду из электроустановки.

Изменение состава бригады с оформлением в наряде вносится ответственным руководителем работ или лицам, выдавшим наряд, а при отсутствии их лицом, имеющим право выдачи наряда по данной электроустановке.

Оформление перерывов в работе. При перерыве в работе на протяжении рабочего дня (по условиям производства работ или на обед) бригада удаляется с ОРУ или ЗРУ. Наряд остается на руках у производителя работ (или наблюдающего). Плакаты, ограждения заземления остаются на местах. Ни один из членов бригады не имеет права войти после перерыва в РУ в отсутствии производителя работ (или наблюдающего). После перерыва производитель работ (или наблюдающий) указывает бригаде место работы.

Пробное включение оборудования на рабочее напряжение до полного окончания работ производится после выполнения оперативным персоналом следующих операций: бригада удалена из РУ, наряд у производителя работ отобран и в наряде оформлен перерыв; временные ограждения, заземления и плакаты сняты, а постоянные ограждения установлены на свои места.

Подготовка рабочего места и допуск бригады после пробного включения оборудования на рабочее напряжение производится в обычном порядке в присутствии ответственного руководителя. По окончании рабочего дня рабочее место приводится в порядок, плакаты заземления и ограждения остаются на местах. На следующий день к прерванной работе можно приступить после осмотра места работы и проверки выполнения мероприятий безопасности допускающим, ответственным руководителем или производителем работ.

Перевод бригады на новое рабочее место. Работа на нескольких рабочих местах одного присоединения по одному наряду может выполняться при соблюдении следующих условий: все рабочие места подготавливает оперативный персонал и принимает ответственный руководитель и производитель работ до начала работ; производитель работ с бригадой допускается на одно из рабочих мест; в электроустановках с местным оперативным персоналом перевод бригады на другое рабочее место производится допускающим; на электроустановках, эксплуатируемых без местного оперативного персонала, бригаду переводит на другое рабочее место (при отсутствии допускающего) ответственный руководитель; перевод бригады на новое рабочее место оформляется в наряде.

При работах без снятия напряжения оформление допуска на другое рабочее место требуется только при переводе бригады из ОРУ одного напряжения в ОРУ другого напряжения или из одного помещения ЗРУ в другое.

Окончание работы, сдача - прием рабочего места, закрытие наряда и включение оборудования в работу. После полного окончания работы рабочее место приводится в порядок, принимается ответственным руководителем, который после вывода бригады производителем работ расписывается в наряде об окончании работы и сдает его оперативному персоналу, а при отсутствии последнего оставляет в папке действующих нарядов. Если ко времени окончания работ ответственного руководителя нет на месте, производитель работ с его разрешения и с разрешения оперативного персонала, расписавшись в наряде о выводе бригады и сдаче наряда, оставляет его в папке действующих нарядов. В этом случае ответственный руководитель по прибытии на электроустановку обязан до закрытия наряда оперативным персоналом осмотреть рабочее место и расписаться в наряде об окончании работы.

Наряд закрывает оперативный персонал после осмотра оборудования и мест работы, проверки отсутствия людей, посторонних предметов, инструмента и при надлежащей чистоте места, где проводились работы, а также после того, как будут последовательно выполнены следующие операции: сняты заземления, удалены временные ограждения и плакаты «Работать здесь», «Влезать здесь», установлены на место постоянные ограждения и сняты все прочие вывешенные до начала работы плакаты. Изоляцию отремонтированного оборудования проверяют, если это необходимо, сразу после снятия переносных заземления до удаления временных ограждения и плакатов.

Оборудование включают только после закрытия наряда, а если работы на присоединении проводились по нескольким нарядам - после закрытия всех нарядов. Срок действия нарядов 5 календарных суток. При перерывах в работе наряд остается действительным, если схема не восстанавливалась и условия производства работ остались неизменными. Все экземпляры закрытых нарядов хранят в течение 30 дней, после чего их уничтожают. Если при выполнении работ по нарядам были аварии и электротравмы, то эти наряды хранятся в архивах предприятия.

Выполнение работ по распоряжениям. Распоряжение на производство работы имеет разовый характер и действует в течение не более одних суток. По распоряжению можно выполнять следующие работы баз снятия напряжения вдали от токоведущих частей, находящихся под напряжением:

а) уборка и благоустройство территории ОРУ, скашивание травы, расчистка от снега дорог и проходов; проезд по территории автомашин, транспортировка, погрузка или разгрузка грузов; уборка коридоров и служебных помещений ЗРУ, помещений щитов управления, в том числе уборка за панелями релейной, измерительной и прочей аппаратуры и т.п.;

б) ремонт осветительной аппаратуры и замена ламп, расположенных вне камер и ячеек; ремонт аппаратуры телефонной связи; уход за щетками и их замена на электродвигателях; возобновление надписей на кожухах оборудования, и т.п.;

в) ремонт строительной части зданий ЗРУ и зданий, расположенных на территории ОРУ, ремонт фундаментов оборудования и порталов, перекрытий кабельных каналов, дорог, заборов и т.п.;

г) надзор за сушкой отключенных трансформаторов и другого оборудования; обслуживание маслоочистительной и прочей вспомогательной аппаратуры при очистке и сушке масла выведенного из схемы оборудования;

д) проверка воздухоосушительных фильтров и замена сорбентов в них;

е) монтаж, проверка, регулировка, снятие для ремонта и установка измерительных приборов, устройств релейной защиты, автоматика, телемеханики и связи (напряжением до 1000 в); работы в приводах коммутационных аппаратов, на вторичных цепях, в цепях электроприводов пароводяной арматуры, производимые в помещениях электроустановок, где нет токоведущих частей напряжением выше 1000 в, где токоведущие части находятся за постоянными сплошными или сетчатыми ограждениями, полностью закрывающими ячейки или камеры (щиты, пульты управления, помещения с КРУ, машинные залы, котельные и т.п.), а также в приборных отсеках КРУ и КТП; в коридорах управления ЗРУ, где не огражденные токоведущие части, расположенные над проходом, находятся на высоте не менее 2,75 м при напряжении до 35кВ включительно и 3,5 м при напряжении до 110 кВ включительно; в шкафах релейной защиты ОРУ, в агрегатных шкафах и приводах выключателей, вынесенных за сетчатое ограждение.