Разработка релейной защиты участка сети
Белорусский Национальный Технический Университет
Энергетический факультет
Кафедра «Электрические станции»
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине «Релейная защита»
Тема: «Разработка релейной защиты участка сети»
Исполнитель : студент гр. 106619
Замулко Павел Викторович
Руководитель:
Минск 2013
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 4
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 5
2 ВЫБОР ВИДОВ И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ 6
3 ВЫБОР ТИПОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ 9
3.1 Выбор типа
трансформатора тока для
3.2 Выбор типа
трансформаторов тока для
4 РАСЧЕТ ТОКОВ
КЗ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ВЫБОРА
5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ
ВЫБРАННЫХ ЗАЩИТ ЭЛЕМЕНТОВ
5.1 Расчёт
параметров защит
5.2 Расчёт
параметров защиты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29
Приложение 1 30
Продолжение 3 32
ВВЕДЕНИЕ
Задача курсовой работы – разработка релейной защиты участка сети и трансформатора.
На выбор принципов действия релейной защиты узла электрической системы влияют конфигурация сети и число источников питания, режим заземления нулевых точек трансформаторов, технические характеристики электрооборудования и линий передачи.
Главная задача проектируемых устройств защиты – обеспечение надежности электроснабжения потребителей. Для обеспечения этого они должны удовлетворять следующим основным требованиям быстордействию, селективности, чувствительности и надёжности.
Были поставлены следующие задачи:
- Выбрать вид и место установки релейной защиты для элементов сети, указанных в задании;
- Выбрать тип трансформаторов тока и их коэффициенты трансформации;
- Расчёт токов КЗ, необходимых для выбора уставок и проверки чувствительности защит;
- Расчёт параметров выбранных защит элементов сети. Выбор типов реле.
1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Схема представлена на рисунке 1.1 :
Рисунок 1.1 – Схема сети
Исходные данные к курсовой работе предоставлены в таблице 1. Согласно указанию преподавателя нагрузка принята равной половине от указанной в исходных данных.
Таблица 1− Исходные данные
G1(МВА) |
800 |
UH1 (кВ) |
35 |
X*G1мин |
0,41 |
UH2 (кВ) |
6,3 |
X*G1макс |
0,37 |
UH4 (кВ) |
10,5 |
G2(МВА) |
300 |
Т1 |
ТМН–6300 |
X*G2мин |
0,39 |
Т2,Т3 |
ТДЦ–80000 |
X*G2макс |
0,35 |
Н1 (МВА) |
2,45 |
Л1, Л2, Л3, Л4 (АС мм2) |
50 |
Н2=Н3 (МВА) |
15,8 |
Л1 (км) |
23 |
Н4 (МВА) |
2,05 |
Л2 (км) |
27 |
Л5 (АС мм2) |
70 |
Л3 (км) |
0 |
Л5 (км) |
7,7 |
Л4 (км) |
37 |
2 ВЫБОР ВИДОВ И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ
Дистанционные защиты используются для защиты от КЗ линий в сетях сложной конфигурации с любым числом источников питания. Дистанционной называется защита с относительной селективностью, выполняемая с использованием измерительных органов сопротивления.
Для защиты линий Л1, Л2, Л4 от междуфазных КЗ выбираем трёхступенчатую направленную дистанционную защиту. Для защиты от замыканий на землю используем токовую направленную защиту нулевой последовательности (ТНЗНП), которая включает в себя 3 ступени:
1 ступень – направленная
токовая отсечка нулевой
2 ступень – направленная
токовая отсечка нулевой
3 ступень – направленная
МТЗ нулевой
Для одиночных линий с
односторонним питанием устанавливают
токовую защиту со ступенчатой характеристикой
выдержки времени. Применяются типы
защиты с независимой или ограничено
зависимой характеристикой
Следовательно, для защиты линии
Л5 от междуфазных КЗ выбираем именно
двухступенчатую токовую защиту. Первая
ступень-токовая отсечка, обеспечивает
быстрое отключение при КЗ вблизи источников
питания, устраняя тем самым главный недостаток
максимальной токовой
защиты – большие выдержки времени.
Вторая ступень-максимальная токовая защита относится к числу защит с относительной селективностью, поэтому может выполнять функции как ближнего, так и дальнего резервирования. Имеет ступенчатую выдержку времени: каждая последующая по направлению к источнику питания защита должна иметь выдержку времени, превышающую выдержку времени предшествующей защиты на ступень Δt.
Защита от замыканий на землю выполняется с действием на сигнал, поскольку токи замыкания на землю не сказываются на работе потребителей. Токовая защита от замыканий на землю реагирует на ток нулевой последовательности. Она выполняется с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности.
На линии Л3 защит не
устанавливаем, так как возникшие
на ней повреждения будут
Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
– многофазных замыканий в обмотках и на выводах;
– однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
– витковых замыканий в обмотках;
– токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;
– токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;
– понижения уровня масла;
– частичного пробоя изоляции вводов 500 кB;
– однофазных замыканий на землю в сетях 3 – 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.
Для защиты трансформаторов Т1, Т2 и Т3 устанавливаем продольную дифференциальную защиту, защиту от сверхтоков внешних междуфазных КЗ и защиту от перегрузки. Также устанавливаем газовую защиту, выполненную с помощью специальных газовых реле.
Продольная дифференциальная защита является основной защитой мощных силовых трансформаторов от внутренних повреждений. Зона действия такой защиты определяется расстоянием между двумя измерительными трансформаторами тока. Защита обладает абсолютной селективностью. Принимаем защиту с реле типа РНТ-565, выполненную в виде одного комплекта в предположении, что требуемый минимальный коэффициент чувствительности должен быть не менее 2,0. Принимаем соединение трансформаторов тока дифференциальной защиты в треугольник на стороне высшего напряжения и в звезду на стороне низшего напряжения. Дифференциальная токовая защита действует от всех видов КЗ в обмотках и на выводах, включая витковые замыкания.
Защита от сверхтоков внешних КЗ предназначена для отключения трансформаторов при внешних КЗ в случае отказа защит присоединений или сборных шин. Она является также резервной защитой от внутренних повреждений в трансформаторах. Защита включается на трансформаторы тока со стороны источника питания.
Максимальная токовая защита от перегрузки выполняется с использованием тока одной фазы и действует с выдержкой времени на сигнал или отключение. Осуществляется защита одним реле тока типа РТ-40.
Защита от сверхтоков внешних КЗ и защита от перегрузки устанавливаются со стороны питания.
Все трансформаторы мощностью 1000 МВА
и более имеют газовую защиту,
которая реагирует на все виды
внутренних повреждений трансформатора,
а также действует при утечке
масла из бака. Расчёт данной защиты
не ведётся, так как подразумевается,
что она устанавливается
3 ВЫБОР ТИПОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ
3.1 Выбор типа
трансформатора тока для
Выбор трансформаторов тока (ТТ) для защиты линии Л5 производим по рабочему максимальному току, который рассчитывается по формуле:
где – максимальная мощность, протекающая по линии Л5.
где Umin – номинальное напряжение линии. Для линии Л5 оно равно 10кВ.
Принимая величины нагрузок равными 50% от заданных в варианте, получим:
По первичному току выберем ТТ типа ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации 150/5.
3.2 Выбор типа
трансформаторов тока для
Выбор типов трансформаторов тока и их коэффициентов трансформации для защиты трансформатора Т3 производим следующим образом: ТТ для продольной дифференциальной защиты устанавливаются со стороны высокого и низкого напряжения и выбираются по номинальным токам силового трансформатора для каждой стороны трансформатора, где установлены ТТ. Для трансформатора Т3 ТДЦ-80000/35:
В нашем случае обмотки силового трансформатора соединены по схеме «звезда-треугольник». Для компенсации углового сдвига в плечах дифференциальной защиты вторичные обмотки ТТ со стороны «звезды» силового трансформатора соединяются в «треугольник», а со стороны «треугольника» – в «звезду». Следовательно, ТТ на низшей стороне соединяем в «звезду», а на высшей – в «треугольник». В зависимости от схем соединения вторичных обмоток ТТ при расчете коэффициентов трансформации используются различные коэффициенты схемы: – для «треугольника», и – для «звезды», следовательно:
Согласно расчётам выбираю ТТ для стороны высшего напряжения: ТЛ10-1 с коэффициентом трансформации 3000/5. Для стороны низшего напряжения выбираю трансформатор тока ТЛШ-10 с коэффициентом трансформации 5000/5.
Защита от сверхтоков внешних КЗ и защита от перегрузки устанавливаются со стороны питания на один ТТ, который выбирается также по рабочему максимальному току:
где – максимальная мощность, протекающая через трансформатор Т2.
Учитывая то, что для трансформатора Т2 Umin=35 кВ, получим:
Для защиты от сверхтоков внешних КЗ и защиты от перегрузки ТТ соединяется в звезду. По первичному току выбираю ТТ типа ТФЗМ35-Б1 с коэффициентом трансформации 300/5.
4 РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ВЫБОРА УСТАВОК И ПРОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗАЩИТ
При проектировании релейной защиты допускается вычисление приближенных значений токов короткого замыкания (КЗ).
Расчет токов КЗ необходим для выбора уставок выбранных защит, а также проверки их чувствительности.
Как правило, при расчете токов КЗ принимаются следующие основные допущения:
– схемы приводятся к одной ступени напряжения при учете средних коэффициентов трансформации трансформаторов;
– не учитываются активные сопротивления элементов схем;
– не учитываются поперечные емкости линий протяженностью менее 200-250 км напряжением 110-330 кВ;
– принимается равенство сопротивлений в схемах прямой и обратной последовательностей;
– не учитывается влияние нагрузок.
Схему замещения, по которой будет вестись дальнейший расчёт приведу на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 − Схема замещения энергосистемы
Определим значения сопротивлений элементов схемы в именованных единицах.
Сопротивление генераторов для минимального и максимального режимов:
Сопротивление лини:
Xуд=0,4 Ом/км для воздушных линий 6 – 220 кВ.
Рассчитаем сопротивления для каждой линии в отдельности и для обеих линий:
Приведём полученные сопротивления к ступени напряжения 10,5 кВ:
Рассчитаем опротивление трансформатора T3:
Найдём наибольший и наименьший токи короткого замыкания при замыкании на шине низшего напряжения трансформатора Т3. Для этого сначала вычислим эквивалентные сопротивления системы для нескольких режимов работы.
Работает только генератор G1:
Работает только генератор G2:
Оба генератора в работе:
Выберем максимальное и минимальное сопротивления:
Найдём соответствующие им токи короткого замыкания:
Рассчитаем токи КЗ при трехфазном и двухфазном замыкании в линии Л5. Для более подробной картины найдем значения токов для замыканий на расстоянии в 0; 0.25; 0.5; 0.75 и 1 длинны линии.
Расчёт будем вести по следующим формулам:
Где:
В расчете сделано допущение – сопротивления элементов сети прямой и обратной последовательности равны, тогда тока двухфазного КЗ можно рассчитать по формуле:
Сведём полученные токи в одну таблицу.
Таблица 3 – Токи КЗ в режиме максимальных и минимальных нагрузок
Длинна |
Минимальный режим |
Максимальный режим | ||||
X∑, Ом |
, кА |
, кА |
X∑, Ом |
, кА |
, кА | |
0 |
0,868 |
6,984 |
6,048 |
1,771 |
3,423 |
2,964 |
0,25 |
1,638 |
3,701 |
3,205 |
2,541 |
2,386 |
2,066 |
0,5l |
2,408 |
2,518 |
2,180 |
3,311 |
1,831 |
1,586 |
0,75l |
3,178 |
1,908 |
1,652 |
4,081 |
1,485 |
1,286 |
l |
3,948 |
1,536 |
1,330 |
4,851 |
1,250 |
1,082 |
5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ
ВЫБРАННЫХ ЗАЩИТ ЭЛЕМЕНТОВ
5.1 Расчёт параметров защит установленных на линии Л5
Рассчитаем параметры
защиты, установленной на линии Л5.
На этой линии установлена
Ток срабатывания первой ступени (токовая отсечка без выдержки времени) отстраивается от максимального значения тока трёхфазного КЗ в конце линии:
Зона, которая защищается отсечкой, определяется по кривым спадания токов КЗ Iк(3) = f(l) в максимальном и минимальном режимах. Отсечка считается эффективной, если она защищает не менее 20% длины линии. Покажу это на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1 – Зона действия токовой отсечки для линии Л5
Из рисунка 5.1 видно что отсечка защищает не менее 40 % линии.
Определим ток срабатывания измерительного органа ТО.
Измерительный орган тока ТО выполняем на основе РТ 40/100 с параллельным соединением обмоток.
Ток срабатывания второй ступени (МТЗ) выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки присоединения Iраб. макс :
где Ксз – коэффициент
самозапуска двигателей нагрузки;
Кв – коэффициент возврата, равный
0,8 для реле РТ-40;
КотсII – коэффициент отстройки, принимаем равным 1,2.
Ток самозапуска приблизительно рассчитывается как ток трёхфазного КЗ за сопротивлением заторможенной нагрузки, представленной сопротивлением обобщённой нагрузки.
Схема замещения предоставлена на рисунке 5.1.
X5 Xн
Рисунок 5.1 – Схема замещения для расчёта коэффициента самозапуска
Сопротивление обобщенной нагрузки в Омах:
где X*н – сопротивление обобщенной нагрузки в относительных единицах, принимаем равным 0,35.
Находим эквивалентное сопротивление:
Ток срабатывания защиты:
Определим коэффициенты чувствительности для трёхфазного и двухфазного замыкания:
Чувствительность защиты достаточна.
Определим ток срабатывания измерительного органа МТЗ:
Выберем время срабатывания защиты:
–вторая ступень – , где 0,6 – время срабатывания МТЗ присоединений, подключенных к шинам, 0,5 – ступень селективности.
Выберем типы реле для защиты линии Л5:
Для первой ступени токовой защиты выбираем реле РТ-40/100 с параллельным соединением обмоток, для второй ступени РТ-40/20 с параллельным соединением обмоток.
ЭВ-114 – реле времени;
РП-23 – реле промежуточное;
РУ 21/220 – реле указательное.
Для защиты от замыканий на землю: РТ-40/20.
5.2 Расчёт параметров защиты трансформатора Т3
Для защиты силовых трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов работы применяются следующие типы защит: продольная дифференциальная защита, газовая защита, токовая отсечка без выдержки времени, защита от сверхтоков внешних коротких замыканий, от перегрузки и некоторые другие типы защит.
Продольная дифференциальная защита на силовых трансформаторах устанавливается в следующих случаях: на одиночно работающих трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше; на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВА и выше; на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах низкого напряжения, а МТЗ имеет выдержку времени более 1с. По типу применяемых реле дифференциальные защиты можно разделить на три группы: с токовыми реле РТ-40, РТМ (дифференциальная отсечка); с реле РНТ; с реле с торможением (ДЗТ).
В данной курсовой работе произведем расчет дифференциальной защиты трансформатора Т3 с реле РНТ-565.
Определим токи в плечах
защиты, которые соответствуют
где Iном.расч.в номинальный ток с учётом для схемы соединений ТТ в треугольник.
За основную сторону принимаем сторону НН трансформатора Т3.
Первичный ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям:
1. По условию отстройки
от максимального тока
где e =0,1 – максимальная погрешность ТТ;
DU – половина регулировочного диапазона изменения напряжения при регулировании коэффициента трансформации в относительных единицах, т к у нас трансформатор без РПН, то принимаем 0,05;
– периодическая слагающая тока при внешнем трёхфазном металлическом КЗ на шинах низкого напряжения трансформатора.
2. По условию отстройки
от бросков тока
Выбираем больший из двух токов: Iсз = 6,019 кА.
Ток срабатывания реле:
Число витков рабочей обмотки реле РНТ-565 для основной стороны:
где Fcр – намагничивающая сила срабатывания реле, равная 100 ампервиткам.
Выбираем ближайшее меньшее целое число витков Wосн = 16 вит.
Определяем фактическое значение Iср, соответствующее выбранному числу витков Wосн.
Расчетное число витков с неосновной стороны определяется из условия равенства нулю результирующей намагничивающей силы БНТ реле при нагрузочном режиме и внешних КЗ:
Принимаем ближайшее целое значение витков Wнеосн = 19 вит.
Вычислим дополнительный ток небаланса Iнб дополн, который обусловлен неравенством расчётного и выбранного числа витков:
Определим суммарный ток небаланса и рассчитаем значения Iсз и Iср.
Т. к. 1,379 А <6,019 А, то рассчитанные параметры реле РНТ соответствуют несрабатыванию реле при максимальном токе небаланса.
Значит, полученные параметры
реле РНТ-565 принимаем за конечные, и
они соответствуют
Определим коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ на стороне низшего напряжения:
где Iр мин – минимальный ток в реле, который рассчитывается по формуле:
Чувствительность
Выберем типы реле для защиты:
РНТ-565;
РП-23; РУ21/12.
Рассчитаем параметры защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ. В качестве такой защиты примем МТЗ.
Для двухобмоточных трансформаторов предусматривается один комплект защиты, устанавливаемый со стороны источника питания.
Защита от сверхтоков внешних междуфазных КЗ предназначена для отключения трансформаторов при внешних КЗ в случае отказа защит присоединений или сборных шин. Она является также резервной защитой от внутренних повреждений в трансформаторах.
где Iнагр макс – максимальный ток нагрузки. Рассчитывается как суммарная нагрузка в максимальном режиме, подключенная к трансформатору:
Ксз – коэффициент самозапуска двигателей нагрузки;
Iс – ток самозапуска, приведенный к стороне ВН;
где Хсист. макс., Хт, Хн – сопротивления системы в максимальном режиме, трансформатора Т2 и нагрузки соответственно, приведенные к стороне ВН.
Хсист. макс.=0,874 Ом;
где Х*н = 0,35 – сопротивление обобщённой нагрузки в относительных единицах;
UminВН – минимальное напряжение высшей обмотки трансформатора Т3;
Sн – номинальная мощность трансформатора Т3
Выберем время срабатывания защиты:
МТЗ трансформатора Т3 – с,
где — время срабатывания МТЗ линии Л5,
– ступень селективности.
Выберем типы реле для защиты:
РТ-40/20 с параллельным соединением обмоток;
ЭВ-122; РП-23.
Защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ, включённой на ток одной фазы. На необслуживаемых подстанциях действует на разгрузку или отключение трансформатора.
На двухобмоточных трансформаторах с односторонним питанием предусматривается один комплект защиты, устанавливаемый со стороны питания.
Ток срабатывания защиты от перегрузок:
где Котс – коэффициент отстройки, равен 1,05.
Выберем время срабатывания защиты:
tсз = tМТЗ Т3 + Dt = 1,6 + 0,5 = 2,1 с.
Выберем типы реле для защиты:
