Расчет защит электроустановок электроэнергетических систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

высоковольтный линия трансформатор электроустановка

Расчет защит электроустановок электроэнергетических систем предназначен для выбора принципов, устройств и определения параметров уставок, обеспечивающих срабатывание при внутренних повреждениях и с выдержкой времени для защит с относительной селективностью - при внешних повреждениях (дополнительно), а также несрабатывание при отсутствии повреждений и для защит с использованием принципа абсолютной селективности - при внешних повреждениях.

Релейная защита служит для отключения всех видов повреждений защищаемого объекта с минимальным целесообразным временем. Основная релейная защита, выполняя требования селективности, быстродействия, чувствительности и требуемого уровня надёжности (показатели безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости на основании положений ГОСТ-27.002-83), обеспечивает безаварийность самого объекта защиты, т.е. предотвращает переход защищаемого участка объекта защиты в закритические режимы, локализует аварию в пределах одного участка без порчи основного оборудования.

Отказ срабатывания устройства релейной защиты является проявлением неполноты свойств надёжности срабатывания при внутреннем К.З. или технического совершенства (например, чувствительности). Также, отказ в отключении выключателя при К.З. является проявлением неполноты свойств надёжности выключателя. Отказ срабатывания защиты или выключателя является случайным, и проявляется в результате совпадения нескольких других событий или совпадения одного события с нерабочим состоянием защиты или выключателя.



Исходные данные

Таблица

ТРДН-32000/110
Мощность:	S = 2Ч32 МВА
Напряжение:	U вн = 115 кВ U нн = 6,3/6,3 кВ Uk мин = 9 % Uk ср = 10,5 % Uk макс = 11 %
Сопротивление системы:	Хс макс = 4,4 Ом Хс мин = 6,4 Ом
Длинна линии:	l=26км
Сопротивление кабельной линии:	Z = 1,4 + j2,1
Мощность трансформатора:	ST2 : 320 кВА Uk : 5,5% Pk : 2,7 кВт

Выбор защит

Сети 115 кВ работают с эффективно-заземленными нейтралями. Поэтому защиты выполняют как от многофазных, так и от однофазных К.З. : многоступенчатые дистанционные защиты с разными характеристиками органов сопротивления и направленные токовые защиты нулевой последовательности. Дальнее резервирование осуществляется второй и последующими ступенями этих защит, а ближнее - установкой двух комплектов защит, причем второй имеет упрощенное выполнение с меньшим числом ступеней, например, с первой и второй. Если устанавливается один комплект защиты, включающий дистанционную защиту и токовую направленную защиту нулевой последовательности, то необходимо разделение на две части по цепям воздействующих величин и по цепям оперативного тока.

Защиту понижающих трансформаторов следует рассматривать для подстанций (ПС) 115 кВ. На ПС могут быть установлены один или два трансформатора. При наличии двух трансформаторов в работе находятся оба, нахождение одного из них в резерве не предусматривается. Подстанция имеет питание со стороны высшего напряжения. На подстанциях с трехобмоточными трансформаторами возможно как наличие, так и отсутствие питания со стороны среднего напряжения. На стороне низшего напряжения 6-10 кВ только раздельная работа трансформаторов. Питаемая от подстанции нагрузка со стороны низшего напряжения 6-10 кВ может содержать синхронные двигатели, к шинам низшего напряжения могут быть присоединены синхронные компенсаторы.

В данном разделе выбираются виды защит для конкретных линий и понижающих трансформаторов.

Для линии 115 кВ выбираются следующие виды защит:

дифференциальная фазная высокочастотная защита (ДФЗ) (основная быстродействующая защита от всех видов повреждений на линии);

токовая отсечка (ТО) (основная защита от многофазных К.З.);

многоступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) (осн. и резервная защита от К.З. на землю);

многоступенчатая дистанционная защита (ДЗ) с блокировками при качаниях (БК) и неисправностях цепей напряжения (БН) (основная и резервная защита от К.З. на защищаемой линии и смежных эл. установках);

прием и передача команд телеускорения в резервных защитах при К.З. на линии (выполняются на аппаратуре АНКААВПА).

Для понижающего трансформатора 110/10 кВ выбираются следующие виды защит:

дифференциальная токовая защита (основная быстродействующая защита от К.З. между фазами, однофазных К.З. на землю и от замыканий витков одной фазы);

газовая защита трансформатора (ГЗ) (основная защита трансформатора с масляным заполнением от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа, ускоренным перетеканием масла из бака в расширитель, а также от утечки масла из бака трансформатора);

ГЗ устройства РПН (ГЗ РПН) (то же, но для бака устройства РПН);

токовая отсечка (БТО) (основная быстродействующая защита от междуфазных К.З. на стороне высшего напряжения);

максимальная токовая защита на стороне высшего напряжения (МТЗ ВН) (резервная защита от повреждений в трансформаторе и от сверхтоков при внешних К.З.);

максимальная токовая защита на стороне низшего напряжения (МТЗ НН) (резервная защита от К.З. на шинах низшего напряжения и для резервирования отключений К.З. на элементах, присоед. к этим шинам);

защита от перегрузки (П).

Расчет токов короткого замыкания. Расчет сопротивлений элементов схемы

Рисунок 2.1 - Исходная схема сети



Схема замещения приведена на рисунке 2.2. Найдем сопротивление линии:

Ом

Для трансформаторов с РПН, у которых при «« напряжение КЗ «« меньше среднего, а при «« ? больше среднего значения, сопротивления определяется по формулам:

,

86,8 Ом.

Рисунок 2.2 ? Схема замещения.

,

Ом,

,Ом.

где ? напряжение на стороне ВН, кВ;

? номинальная мощность трансформатора, МВА, (для трансформаторов с расщеплением типа ТРДН ? это );

? половина полного суммарного диапазона регулирования напряжения, о.е.

Полное сопротивление кабельной линии:



, .

Полное сопротивление трансформатора:

, Ом.

Активная составляющая полного сопротивления:

, Ом.

Индуктивное сопротивление (реактивная составляющая):

, Ом

Расчет токов КЗ

Расчет токов КЗ на шинах системы в т. К-1 (см. рис. 2.1):

, кА.

, кА.

Расчет токов КЗ в середине линии:



,

,

Расчет токов КЗ в конце линии:

, .

, .

Расчет токов КЗ за трансформатором:

, ., ., .

,

Расчет защит электроустановок. Токовая отсечка линии с односторонним питанием

Максимальные фазные отсечки без выдержки времени (отсечки мгновенного действия) по условию селективности не должны действовать за пределами защищаемой линии при любых видах КЗ и любых режимах работы системы. Для этого ток срабатывания указанных защит (I_СЗ) должен быть отстроен, т.е. быть больше расчетного тока (I_РАСЧ) максимального тока в линии при к.з. любого вида в ее конце и максимальном режиме работы системы, а также бросков токов намагничивания силовых трансформаторов, подключенных к линии:

,

где К_Н коэффициент надежности, учитывающий погрешность в расчете токов К.З. и погрешность в токе срабатывания реле;

I_РАСЧ расчетный ток в месте установки защиты, принимается наибольший из следующих токов:

I''⁽³⁾_МАКС сверхпереходный ток при трехфазном К.З. в конце защищаемой линии в максимальном режиме;

I''⁽¹⁾_МАКС то же, но однофазного КЗ на землю;

I_НАМ суммарный бросок тока намагничивания трансформаторов, установленных на приемной подстанции.

Зоны действия токовой отсечки определяются при минимальных токах в линии, имеющих место при двухфазных КЗ и минимальном режиме работы системы.

Из расчетов токов КЗ известно:

Расчетным является максимальный ток в линии при КЗ на шинах приемной ПС:



Зоны действия токовой отсечки линии можно определить графическим и аналитическим методами.

Аналитически зоны действия отсечки определяются из условия равенства тока при КЗ на линии в конце зоны действия отсечки току срабатывания отсечки. Максимальная зона действия отсечки при трехфазном КЗ в максимальном режиме:

Минимальная зона действия отсечки при двухфазном к.з. в минимальном режиме системы:

Защита блока «линия - трансформатор»

По заданным токам К.З. на шинах системы определяются сопротивления системы в максимальном и минимальном режимах:

Полное сопротивление трансформатора:



.

Активная составляющая полного сопротивления:

Индуктивное сопротивление (реактивная составляющая полного сопротивления):

.

Токи трехфазного КЗ в конце линии:

Токи К.З. за трансформатором:

Трансформаторы тока защиты выбираются по номинальному току силового трансформатора с учетом систематической перегрузки:



Принимаются трансформаторы тока типа ТПЛ-10 с коэффициентом 50/5 (П проходной, Л с литой изоляцией).

Ток срабатывания МТЗ блока «линия-трансформатор» выбирается по условию несрабатывания на отключение при послеаварийных перегрузках после отключения смежными защитами ближайшего внешнего трехфазного К.З. на стороне 0,4 кВ:

Принимается ток срабатывания защиты 154 А и ток срабатывания РТВ1:

Ток срабатывания токовой отсечки блока выбирается по условию отстройки (селективности) от К.З. за трансформатором в зоне предыдущей защиты:

Принимается ток срабатывания отсечки 682 А и ток срабатывания РТМ1:



I_СР = 682/10 = 68,2 А.

Время срабатывания МТЗ равно 1с в независимой (установившейся) части характеристики для обеспечения селективности с автоматическими выключателями на стороне 0,4 кВ.

Коэффициент чувствительности МТЗ:

Коэффициент чувствительности отсечки:

Чувствительность защит удовлетворяет требованиям ПУЭ.

Дифференциальная защита трансформатора

Рассматривается дифференциальная защита на реле типа РНТ (без торможения). Первичный ток выбирается по двум условиям. Первым условием выбора первичного тока срабатывания защиты является отстройка от тока небаланса:

,

где коэффициент надежности, равен 1,3;

коэффициент апериодической составляющей, равен 1;

коэффициент однотипности трансформаторов тока, равен 1;

коэффициент десятипроцентной погрешности трансформаторов тока, равен 0,1;

периодическая составляющая в начальный момент времени при расчетном внешнем трехфазном к.з.

Условие отстройки от броска тока намагничивания трансформатора:

.

Первичный ток трансформатора, соответствующий мощности обмотки ВН:

.

,

.

Ток срабатывания реле (вторичный ток):

.

Расчетный ток в реле при КЗ за трансформатором:



Коэффициент чувствительности:

Максимальная токовая защита трансформатора

Рассматриваются максимальные токовые защиты (МТЗ), устанавливаемые на высшем напряжении (МТЗ ВН) и низшем напряжении (МТЗ НН) для трансформатора ТРДН?320 МВ•А Для выбора уставок МТЗ были рассчитаны токи КЗ в максимальном режиме (отстройка по требованию селективности) и минимальном режиме (проверка чувствительности защиты). Расчетные точки к.з.: К?3?на высшем напряжении (ВН) трансформатора; К3?на низшем напряжении (НН).

Ток трехфазного к.з. в точке К3 в максимальном и минимальном режимах:

Из предыдущих расчетов известны:

? токи на стороне ВН:

? токи на стороне НН:



Номинальный ток на стороне НН:

Рассчитывается ток срабатывания МТЗ НН. Условие несрабатывания защиты после отключения внешнего к.з. с учетом того, что в некоторых режимах трансформатор может быть нагружен до (при отсутствии второго трансформатора находящегося в ремонте):

где коэффициент перегрузки;

коэффициент самозапуска двигателей;

коэффициент возврата защиты.

Условие несрабатывания защиты во время действия АВР на стороне НН:

,

.

Из двух условий и выбираем

Чувствительность защиты в минимальном режиме системы к двухфазному к.з. в точке К3:



Рассчитываем ток срабатывания МТЗ ВН по условию несрабатывания защиты после отключения внешнего к.з. с учетом предвключенной загрузки на другой секции НН:

Принимаем

Встроенные в силовой трансформатор трансформаторы тока типа ТВТ?110 имеют коэффициент трансформации . Тогда ток срабатывания реле:

где коэффициент схемы соединения трансформаторов тока на стороне ВН, для «треугольника» .

Проверяется чувствительность защиты в основной зоне (режим раздельной работы трансформаторов). При двухфазном к.з. за трансформатором (т. К?3) расчетный ток в реле:

,



Коэффициент чувствительности :

Выдержки времени МТЗ выбираются из условий селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени предыдущей защиты:

где выдержка времени МТЗ секционного выключателя, равна 1,5 с;

ступень селективности.

, .

Защита трансформатора от перегрузки

На трансформаторах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, релейная защита от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. Для отстройки от кратковременных перегрузок применяется реле времени, рассчитанное на длительное прохождение тока. Ток срабатывания выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора:

Время действия защиты:



.

Структурные и принципиальные схемы защит

Завершающим этапом выполнения курсовой работы является разработка, изображение и краткое описание структурной и принципиальной схем защит рассматриваемой электроустановки.

На рисунке 4.1 изображена структурная схема защит понижающего трансформатора 110-220/6-10 кВ. ДЗШ-дифференциальная токовая защита шин без выдержки времени, охватывающая все присоединения, которые подключены к системе шин (на схеме показан трансформатор тока ТА1 только данного присоединения Т1). УРОВ - устройство резервирования в случае отказа выключателей (в т.ч. Q1), которое запускается защитами трансформатора Т1 и действует на отключение всех электрически связанных выключателей данной подстанции. МТЗ на стороне ВН (высшего напряжения) с использованием комплекта защиты типа К3-12, питается от ТА2, предназначена для резервирования отключения К.З. на шинах низшего напряжения (дальнее резервирование), а также для резервирования основных защит трансформатора Т1 (ближнее резервирование). Выдержка времени защиты равна второй выдержке времени защит на вводах к секциям шин 6-10 кВ (МТЗ на стороне НН). Защита KSG1 - газовая защита трансформатора от внутренних повреждений и ухода масла, устанавливается на трубе между баком и расширителем трансформатора.

Защита KSG2 - газовая защита устройства РПН (регулирование под нагрузкой коэффициента трансформации трансформатора) от повреждений внутри его бака. МТЗ нулевой последовательности (АКО) с использованием реле тока РТ-40 и времени РВ-133, питаемая от ТА6 (встроенного в нейтраль трансформатора), предназначена для резервирования защит от К.З. на землю в смежных элементах сети ВН. Дифзащита Т1 - основная дифференциальная токовая защита трансформатора от повреждений в зоне между ТА1 и ТА4, ТА3, выполняется с использованием реле с торможением типа ДЗТ-11, тормозная обмотка которого (I_r - тормозной ток) включена на ток стороны низшего напряжения. МТЗ на стороне НН2 (здесь и далее защиты на стороне НН1 аналогичны защитам на стороне НН2) с использованием реле РТ-40 и РВ-132 - двухступенчатая максимальная токовая защита, питаемая от ТА4 и размещенная в шкафах КРУ выключателей вводов 6-10 кВ, предназначена для отключения К.З. на шинах 6-10 кВ (первая ступень) и для дальнейшего резервирования отключений К.З. на присоединениях (фидерах). Ступени защиты с первой выдержкой времени действуют на отключение выключателя Q3, а со второй - на отключение Q1.

Последнее необходимо по требованию селективности с целью отключения К.З. на секциях шин 6-10 кВ при отказе выключателя Q3, а также ликвидации К.З. в зоне между Q3 и трансформатором тока ТА4 (т. К8). Защита от перегрузки (АК5) выполняется на одном реле тока и одном реле времени. Дуговая защита ячеек КРУ 6-10 кВ - основная защита, реагирующая на повышение давления или освещенности в ячейке КРУ, вызванных горением дуги. Пуск по напряжению применяется для повышения чувствительности МТЗ, которая не должна срабатывать (блокировка по напряжению) в режимах максимальной нагрузки и самозапуска двигателей. Пусковой орган напряжения состоит из фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М (KVZ2) и минимального реле напряжения типа РН-54/160 (KV2), включенного на междуфазное напряжение.



Рисунок 4.1 Структурная схема защит понижающего трансформатора

На рисунках 4.2 - 4.5 представлены электрические принципиальные схемы защит силового трансформатора по цепям переменного тока и напряжения, а также оперативного постоянного тока и сигнализации.

Основные защиты. От всех видов К.З. в обмотках трансформатора и на его вводах и на выводах присоединений к секциям шин НН - общая продольная дифференциальная токовая защита, выполненная комплектом реле типа ДЗТ-11 (KAW1,KAW2,KAW3). От повреждений внутри бака трансформатора и в контакторном отсеке РПН, сопровождающихся выделением газа - газовая защита с одним газовым реле KSG1 для бака и другим KSG2 - для контакторного отсека РПН.

Резервные защиты. Для резервирования отключения многофазных К.З. на шинах НН, а также для резервирования основных защит трансформатора - МТЗ с пуском напряжения, установленная на стороне ВН. Защита содержит три реле тока КА1, КА2, КА3 и реле времени КТ1.

Комбинированный пуск выполнен двумя фильтрами-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М (KVZ1, KVZ2) и двумя минимальными реле напряжения типа РН-54/160 (KV1, KV2). При несимметричных К.З., например, на стороне 2с появляется напряжение обратной последовательности, реле KVZ2 срабатывает, размыкая тем самым свой контакт в цепи реле KV2, которое разрешает действовать МТЗ. Несимметрия напряжений и соответственно напряжение обратной последовательности возникают также в начальном моменте перед трехфазным К.З. После исчезновения несимметрии контакт реле KVZ2 снова замыкается, а реле KV2 останется в сработанном состоянии, если напряжение возврата реле будет меньше остаточного напряжения в месте установки МТЗ. Чувствительность пускового органа напряжения при трехфазных К.З. повышается за счет того, что напряжение возврата реле KV2 на 1015 % больше напряжения срабатывания.

От многофазных К.З. на шинах НН, а также для резервирования отключения К.З. на присоединениях - МТЗ с пуском напряжения на ответвлениях к секциям 6 кВ. Защиты выполнены с использованием реле тока типа РТ-40 (КА4, КА5, КА6, КА7) и реле времени КТ2 и КТ4. От симметричных перегрузок - максимальная токовая защита с двумя реле тока типа РТ-40 (КА8, КА9) и реле времени КТ6. От повреждений в шкафах КРУ 6 кВ - защиты при дуговых К.З.

Отключающий элемент газового реле защиты бака трансформатора при помощи накладки SX1 может быть переведен для действия на сигнал (КL7). Газовая защита контакторного отсека РПН выполнена действующей только на отключение. МТЗ с комбинированным пуском по напряжению, установленная на стороне ВН, действует с выдержкой времени КТ1 на отключение всех выключателей трансформаторов.

Максимальные токовые защиты с комбинированным пуском по напряжению, установленные на ответвлениях к секциям шин НН, действуют с первой выдержкой времени, создаваемой соответствующими реле КТ2 или КТ4, на отключение выключателей Q1 или Q2 (через импульсный контакт реле времени) и со второй выдержкой времени, создаваемой также указанными реле, на отключение всех выключателей. Защиты при дуговых К.З. в шкафах КРУ выключателей вводов к шинам НН действуют одновременно на отключение соответствующего выключателя ввода и на отключение всех выключателей трансформаторов (через KL1 и KL2). Пуск автоматического ускорения максимальных токовых защит, установленных на стороне НН, осуществляется контактами KQT1 и KQT2 реле положения «отключено» выключателей Q1 и Q2 соответственно. Ускорение выполняется с выдержкой времени реле КТ3 и КТ5. В схеме предусмотрено самоудержание выходных промежуточных реле KL1, KL2, KL3 и последующее автоматическое снятие самоудержания при возврате промежуточного реле KL4, осуществляющего также контроль наличия оперативного тока в защите трансформатора. В целях повышения надежности предусматривается дублирование действия выходных промежуточных реле на отключение выключателя. Контроль неисправностей в цепях напряжения трансформаторов ТН выполняется с помощью контактов промежуточных реле К15, К16 и реле положения «включено» КQC1 (КQC2) выключателей Q1 и Q2 соответственно.



Рисунок 4.2 - Электрическая принципиальная схема защиты.



Рисунок 4.3 - Электрическая принципиальная схема защиты.



Цепи переменного тока и напряжения

Рисунок 4.4 - Электрическая принципиальная схема защиты.



Цепи оперативного постоянного тока

Рисунок 4.5 - Электрическая принципиальная схема защиты.

Заключение

В данной курсовой работе были проведены расчеты защит высоковольтных линий и понижающих трансформаторов: токовая отсечка линии с односторонним питанием, дифференциальная защита трансформатора, МТЗ трансформатора, защита трансформатора от перегрузки, защита блока «линия-трансформатор».

В результате расчетов были получены следующие значения токов К.З.:

Чувствительность защит удовлетворяет требованиям ПУЭ. Кроме того в курсовой работе описаны структурные и принципиальные схемы защит.

Список использованной литературы

1. Правила устройства электроустановок /Минэнерго СССР/. -М.: Энергоатомиздат, 1986.- 648 с.

2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов. -М.: Высш. шк., 1991.- 496 с.

3. Электротехнический справочник: В 3т. Т3. 2 кн. Кн. 1. Производство и распределение электрической энергии (Под общ. ред. профессоров МЭИ: И.Н. Орлова (гл.ред.) и др.). -М.: Энергоатомиздат, 1988.-880 с.

4. Авербух А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. -Л.:Энергия,1975.- 416 с.

5. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. -М.: Энергоатомиздат,1998.-800 с.

6. Фигурнов Е.П. Релейная защита. Учебник для вузов. М.:Желдориздат, 2002.-720с.

7. Гловацкий В.Г., Пономарев И.В. Современные средства релейной защиты и автоматики электросетей. М.: ЭНЕРГОМАШВИН, 2006.-700с.

8. Баженов В.Н. Релейная защита высоковольтных линий и трансформаторов. Методуказания по расчетам - Харьков: ХПИ, 2001.-36с.

9. Баженов В.М. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Релейний захист»- Харьків: УкрДАЗТ, 2006.-44с.

Размещено на Allbest.ru