Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: «Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения»

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Задание

2. Расчет токов короткого замыкания

3. Защита питающей линии электропередач

4. Защиты трансформаторов

5. Защиты электродвигателей

6. Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения

7. Автоматическое включение резерва

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа способствует углублению и закреплению знаний, полученных студентами по основной и смежным дисциплинам, учит решать практические задачи в области релейной защиты и автоматики (РЗиА) систем электроснабжения.

Устройства релейной защиты и автоматики являются органической частью комплекса электрооборудования элементов электрических станций и подстанций. Без устойчивого функционирования устройств релейной защиты и автоматики невозможно обеспечить надёжное электроснабжение потребителей. Основа устойчивого функционирования устройств РЗиА закладывается при расчёте и выборе уставок.

Требования, предъявляемые к РЗиА, могут быть реализованы только при тщательном анализе взаимодействия проектируемых устройств, учёте особенностей технологии производства и распределении энергии, схем электрических соединений объектов, специфики работы потребителей, физических процессов, происходящих в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах в первичных и вторичных цепях измерительных трансформаторов тока и напряжения.

При выполнении курсовой работы необходимо освоить выбор принципов и расчёт уставок защит элементов основного оборудования подстанций (линий, трансформаторов и электродвигателей). Перед расчётом уставок релейной защиты предварительно определяют виды основных и резервных защит, подлежащих расчёту, затем выбирают уставки и определяют чувствительность защит. Найденные значения коэффициентов чувствительности должны отвечать требованиям Правил устройств электроустановок (ПУЭ).

1. ЗАДАНИЕ

Принципиальная схема электроснабжения подстанции изображена на рисунке 1.1. Подстанция подключена к энергосистеме С двумя параллельными линиями электропередач (ВЛ) W1, W2. На подстанции установлены два трансформатора Т1, Т2. Нагрузка распределена по двум трансформаторам равномерно. Работа трансформаторов раздельная. Секционный выключатель Q6 снабжен устройством автоматического ввода резерва (АВР). Обобщенная нагрузка Sн каждой секции шин подстанции равна 70 % номинальной мощности трансформатора. От шин подстанции отходят кабельные линии, питающие асинхронные электродвигатели (ЭД).

Выполнить расчет:

- защит питающих линий электропередач;

- защит силовых трансформаторов;

- защит высоковольтных асинхронных электродвигателей;

- уставок автоматического включения резерва;

а также проверить возможность самозапуска электродвигателей и при необходимости предусмотреть защиту минимального напряжения.

Расчет самозапуска ЭД необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности в самозапускающихся ЭД, т.е.нахождение max кол-ва ЭД, которые будут участвовать в самозапуске. Задача расчета сводиться к определению суммарного тока самозапуска и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска ЭД выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных ЭД.

Исходные данные приведены в таблицах 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 - Параметры электродвигателя и нагрузки

Предпоследняя цифра шифра	Номинальная мощность ЭД Рдв, кВт	Кратность пускового тока ЭД, kп	Количество ЭД на секции, n	Уставка РЗ прис. на шинах п/ст, tсз.пр, с	Время перерыва питания, tпп, с	Коэффициент самозапуска ЭД, Ксзп	Длина кабельной линии Lкл, км
1	2	3	4	5	6	7	8
9	800	4,5	5	1,3	2,0	2,8	0,90

Таблица 1.2 - Параметры трансформатора и энергосистемы

Послед. цифра шифра	Тип трансформатора	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Sкз.макс, МВА	Sкз.мин, МВА	Длина ВЛ, км
1	2	3	4	5	6	7
7	ТРДН-32000/110	115	6,3-6,3	2700	2500	60

Доп. данные.

Uкз% мин. = 9,77

Uкз% макс. = 11,58

ДUрег, %=±9Ч1,78



Рисунок 1.1 - Принципиальная схема электроснабжения подстанции

2.РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Расчет сопротивлений

Сопротивления системы

(2.1)

Сопротивление линии

(2.2)

Сопротивления трансформатора

(2.3)

Сопротивление кабельной линии

(2.4)

Расчет токов КЗ в различных точках

Расчет токов КЗ в точке К-1

(2.5)

Расчет токов КЗ в точке К-2

(2.6)

Расчет токов КЗ в точке К-3

 (2.7)

Расчет токов КЗ в точке К-4

(2.8)

Полученные токи вносим в таблицу.(2.1.)

	К-1	К-2	К-3	К-4
Imin	12,53	2,27	0,86	0,643
Imax	13,55	2,3	0,96	0,696

3.ЗАЩИТА ПИТАЮЩЕЙ ЛИНИИ

Расчет уставок токовых защит ЛЭП

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по следующему условию:

 (3.1)

По условию отстройки от броска намагничивающего тока силового трансформатора Т1:

(3.2)

(3.3)

Выбираем большее из двух полученных значений. Чувствительность ТО характеризуется коэффициентом чувствительности при 2х фазном КЗ в конце линии К-2.

(3.4)

Ток срабатывания второй ступени токовой защиты МТЗ определяется следующим образом:

(3.5)

;=0,85

(3.6)

Селективность действия МТЗ будет обеспечена по след. условию.

()

(3.7)

Проверим чувствительность защиты при КЗ в конце основной зоны защиты (в точке К-2)

(3.8)

Коэффициент чувствительности в точке К-3

(3.9)

4.ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Расчет уставок защит трансформаторов

Выбор уставок дифференциальной защиты необходимо вначале произвести для реле РНТ-565 и в следующей последовательности:

Определяются номинальные значения первичных и вторичных токов для обеих сторон защищаемого трансформатора

(4.1)

(4.2)

В целях повышения надежности защиты для уменьшения полных погрешностей трансформатора тока принимаем немного завышенные значения

(4.3)

Определяется первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

(4.4)

где kн - коэффициент надежности, kн = 1,3 для реле РНТ-565

Iк.макс - максимальный ток трехфазного к.з. за трансформатором, кА

kапер - коэффициент, учитывающий появление апериодической составляющей при коротком замыкании, kапер = 1 для реле с БНТ

kодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, kодн = 1

е - коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность трансформаторов тока, е = 0,1

ДUрег - половина суммарного диапазона регулирования напряжения РПН

(4.5)

Чувствительность защиты удовлетворяет требованиям ПУЭ, продолжаем расчеты с применением РНТ-565

За основную сторону берем НН-6,6кВ.

(4.6)

релейный защита автоматика замыкание

(4.7)

Fср=100А

(4.8)



(4.9)

(4.10)

Расчет максимальной токовой защиты трансформатора

Определим возможность применения МТЗ без пуска по напряжению. Защита должна быть отстроена от;

1)От суммарного тока нагрузки своего трансформатора и тока самозапуска нагрузки другого.

2)От токов самозапуска нагрузки при длительной работе одного трансформатора перегрузкой.

По 1п ток ср. МТЗ без пуска по напряжению определяется по формуле

(4.11)

;

(4.12)

(4.13)

По 2п ток ср. МТЗ без пуска по напряжению определяется по формуле.

(4.14)

Принимаем окончательно больший ток срабатывания равной 1146,8А

Проверим коэффициент чувствительности при 2х фазном КЗ на НН трансформатора.

(4.15)

Так как чувствительность не проходит, считаем с пуском по напряжению

(4.16)

(4.17)

;

(4.18)

При КЗ в конце основной защиты К-3

Проверяем чувствительность защиты при КЗ в конце зоны резервирования т.К-4

(4.19)

;

Для обеспечения селективности время действия защиты необходимо согласовать с временем защиты секционного выключателя. Время действия защиты секционного выключателя должно быть согласовано с временем действия защит отходящих присоединений (tс.з(Q3)прис+?t). Таким образом, у МТЗ трансформатора время действия защиты должно выбираться по следующему условию:

() (4.20)



5.ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Расчет уставок защиты электродвигателей

Для защиты ЭД мощностью меньше или равной 2000кВт от многофазных замыканий должна предусматриваться однорелейная ТО без выдержки времени. Отстроена от пусковых токов вкл. На разность токов 2х фаз.

Наличие перегрузки по тех. причинам обязывает предусматривать защиту от перегрузки.

Определить номинальный и пусковой токи электродвигателя и выбрать коэффициент трансформации трансформаторов тока.

(5.1)

(5.2)

(5.3)

Рассчитать уставку индукционной части реле защиты от перегрузки:

(5.4)

где kн - коэффициент надежности, kн = 1,2ч1,3

kвозв - коэффициент возврата реле тока, kвозв = 0,80 для реле РТ-80 и kвозв = 0,85 для реле РТ-40

Iном.дв - номинальный ток электродвигателя

Определяется ток срабатывания защиты от многофазных замыканий:

(5.5)

Чувствительность отсечки определяют при к.з. на выводах электродвигателя. Ток к.з. следует рассчитывать для минимального режима работы сети с учетом сопротивления кабельной линии, к которой подключен электродвигатель. По требованию ПУЭ kч ? 2.

(5.6)

6.РАСЧЕТ САМОЗАПУСКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТА МИНИМАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Рисунок 6.1 - Расчетная схема для расчета режима самозапуска.

Расчет самозапуска электродвигателей

Расчет самозапуска необходим для выбора уставок защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т.е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут участвовать в самозапуске.

Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска электродвигателей и остаточного напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска электродвигателей выполняется для наиболее тяжелого режима при остановленных электродвигателях.



Рисунок 6.2 -Схема замещения для расчета режима самозапуска

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к.з. за сопротивлением остановленного электродвигателя.

Для схемы, представленной на рисунке 6.1 при включении секционного выключателя устройством АВР после исчезновения напряжения на первой секции шин нагрузка Sн и электродвигатели ЭД переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения Uост (рисунок 6.2).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета самозапуска электродвигателей, представленной на рисунке 6.2.

Определим единичную номинальную мощность электродвигателя:

(6.1)

Определим номинальный и пусковой токи электродвигателя:

 (6.2)

Суммарное сопротивление цепи питания:

(6.3)

где Iк.макс - максимальный ток к.з. за трансформатором подстанции

Сопротивление нагрузки второй секции шин с учетом электродвигателей:

(6.4)

где Sн - мощность обобщенной нагрузки секции шин

Sном - номинальная мощность электродвигателя

n - количество электродвигателей на одной секции шин

Сопротивление нагрузки первой секции шин:

(6.5)

где хн.отн - относительное сопротивление обобщенной нагрузки

Sном - номинальная мощность трансформатора

Сопротивление кабельной линии:

где худ. - удельное сопротивление кабеля, худ. = 0,087 Ом/км

Пусковое сопротивление одного электродвигателя:

(6.6)

Эквивалентное сопротивление всех электроприемников равно:

(6.7)

Суммарный ток самозапуска и нагрузки на шинах низкого напряжения подстанции:

(6.8)

Напряжение на секции шин равно:

(6.9)

Остаточное напряжение на электродвигателе находится по следующей формуле:

(6.10)

Что составляет:

(6.11)

Условие самозапуска обеспечивается.

7. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА

Устройства автоматического включения резерва (АВР) применяются в распределительных сетях и на подстанциях, имеющих два или более источников питания, но работающих по схеме одностороннего питания.

Устройства АВР должны отвечать следующим требованиям:

Схема АВР должна приходить в действие при исчезновении напряжения на шинах подстанции, по любой из двух причин:

- при аварийном, ошибочном или самопроизвольном отключении выключателя рабочего питания.

- при исчезновении напряжения на шинах или на линии, откуда питается рабочий источник. Для выполнения этого требования в схеме АВР должен предусматриваться специальный пусковой орган, состоящий из реле, реагирующих на снижение напряжения рабочего источника питания, и реле, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике питания.

Напряжение срабатывания контактов реле, реагирующих на снижение напряжения, следовало бы выбирать таким образом, чтобы пусковой орган срабатывал только при полном исчезновении напряжения. Однако по условиям термической стойкости стандартных реле их напряжение срабатывания не должно быть ниже 15В. Наряду с этим выбор очень низкого напряжения срабатывания вызовет замедленное действие АВР, поскольку двигатели нагрузки, вращаясь по инерции после отключения питания, могут при определённых условиях поддерживать на шинах достаточно медленно снижающееся напряжение. Поэтому рекомендуется принимать напряжение срабатывания минимального реле напряжения:

(7.1)

Напряжение срабатывания максимального реле напряжения, контролирующего наличие напряжения на резервном источнике, определяется из условия отстройки от минимального рабочего напряжения:

(7.2)

Пуск схемы местного АВР при снижении напряжения на шинах ниже принятого по формуле должен производиться с выдержкой времени для предотвращения излишних действий АВР при к.з. в питающей сети или на отходящих элементах, а также для создания при необходимости определённой последовательности действий устройств противоаварийной автоматики в рассматриваемом узле. Время срабатывания реле времени пускового органа напряжения местного АВР должно выбираться по следующим условиям:

- по условию отстройки от времени срабатывания тех защит, в зоне действия которых к.з. могут вызвать снижение напряжения ниже принятого по формуле:

(7.3)

(7.4)

Где t1 - наибольшее время срабатывания защиты присоединений шин, высшего напряжения подстанции;

t2 - то же для присоединений шин, где установлен АВР;

?t - ступень селективности, принимаемой равной 0,6с.

- по условию согласования действий АВР с другими устройствами противоаварийной автоматики (АПВ):

(7.5)

Где tс.з - время действий той ступени защиты линии, которая надёжно защищает всю линию;

tАПВ - уставка по времени первого цикла АПВ линии, tАПВ =3ч6 с;

tзап - запас по времени в зависимости от типов выключателей, tзап.=2,5ч3,5с.

Окончательно выбирается большее из рассчитанных значений tср.АВР.

Действие АВР должно быть однократным. Однократность обеспечивается: в схемах АВР на переменном оперативном токе использованием энергии предварительно поднятого груза или натянутых пружин в приводах выключателей, или энергии предварительно заряженных конденсаторов, а в схеме АВР на постоянном оперативном токе - применением специального промежуточного реле однократности включения, имеющего наибольшее замедление на возврат после снятия напряжения с его катушки.

Выдержка времени при возврате этого реле должна несколько превышать время включения выключателя резервного питания:

 (6.6)

Где tв.в - время включения выключателя резервного источника питания tв.в =0,1ч0,15с;

tзап - время запаса, принимаемое равным 0,3ч0,5с.

7.4. Для ускорения отключения выключателя резервного источника питания при включении на не устранившееся к.з. должно предусматриваться автоматическое кратковременное ускорение защиты. Выдержка времени ускоряемых защит не должна быть менее 0,5с. Защиты, имеющие время срабатывания более 1,2с, допускается не ускорять при действии АВР.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 6-е издание М.: Энергоатомиздат, 1986.-648 с.

2. Андреев В. А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения: Учебник для студентов вузов спец. «Электроснабжение промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства». - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высшая школа, 1985.-391 с.

3. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебн. пособие для вузов. -М.: Энергоиздат, 1981.-328 с.

4. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1985.-296 с.

5. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчёты. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-96 с.

6. Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей. Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1981.-136 с.

7. Реле защиты / Алексеев В. С. и др. - М.: Энергия, 1976.-464 с.

8. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей / Под ред. Л. Г. Мамиконянца. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-240 с.

9. М. А. Беркович, А. Н. Комаров, В. А. Семенов. Основы автоматики энергосистем. - М.: Энергоиздат, 1981.-432 с.

10. М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Семенов. Основы техники релейной защиты. - 6-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1984.-376 с.

11. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Схемы. - М.: Энергоатомиздат, 1985.-112 с.

12. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения./ Богдан А.В., Воронич И.А. - Алма-Ата, РИК, 1991г-41 с.

Размещено на Allbest.ru