Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения промышленных предприятий

В В Е Д Е Н И Е

В ходе выполнения курсового проекта рассматриваются вопросы связанные с одной из основополагающих дисциплин специальности 1004 ( Электроснабжение промышленных предприятий ) – Релейной защиты, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения промышленных предприятий. На основе модели электроснабжения промышленного предприятия производится комплексное проектирование устройств релейной защиты, автоматики и телемеханики с учетом сведений изложенных в теоретической и навыков полученных в практической частях курса согласно заданию на курсовое проектирование. Результаты проектирования излагаются в настоящей пояснительной записке, а также на листах графической части проекта, прилагаемых к записке.

Работа выполняется в соответствии с методическими указаниями к курсовым работам для студентов специальности 1004 всех форм обучения №807 «Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения» на основе указаний, которые должны помочь студентам при выполнении курсовой работы по двум спецкурсам:

Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения промышленных предприятий;
Оптимизация режимов электропотребления в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Курсовые работы выполняются на базе типовых схем электроснабжения промышленных предприятий Норильского региона. По своему содержанию и цели они направлены на творческое восприятие студентам теоретического материала и способствует приобретению практических навыков самостоятельного инженерного мышления.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Исходные данные приводятся согласно [4], причем задание схемы электроснабжения промышленного предприятия по варианту 10 [4, рис. 1.2, табл. 1.2], а номинальные параметры электропередачи и элементов схемы по варианту 4 табл. 1.1.

Таблица 1.1. Исходные данные для курсового проектирования.

Параметр		Значение				Длина кабельных линий (провод АСБ)
X_min, Ом		5,0				Участок (ℓ)					1		2		3			4		5	6		7
X_max, Ом		8,6				длина, км					0,4		0,4		0,15			0,5		0,37	0,22		0,48
Параметры синхронных двигателей
Номер	Тип			Р, кВт			К_с	cosφ_н				n₁, об/мин					Примечание
1	СДН-2			1600			0,65	0,95				1000
3	СДН-2			1250			0,65	0,95				500
5	СДН-2			1600			0,65	0,95				750
7	СТД			3150			0,65	0,95				3000
Параметры асинхронных двигателей										Параметры цеховых трансформаторов
Номер	Тип		Р, кВт		cosφ				К_с	Номер				К_з		S, кВА			cosφ_св			Примечание
1	АТД2		2×630		0,8				0,55	1				0,7		2×400			0,75
3	АТД2		1×2000		0,75				0,55	2				0,7		1000			0,85
5	АТД2		6×400		0,85				0,55	3				0,7		2×400			0,81
7	АТД2		2×3200		0,75				0,55	4				0,7		2×1000			0,77

*скорость вращения АД для четных РП n₁=1000 об/мин

для нечетных РП n₁=1000 об/мин

РАСЧЕТ РЕЖИМНЫХ И СХЕМНЫХ

ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННОГО

ПРЕДРИЯТИЯ

Расчет режимных параметров.

Под режимными параметрами СЭС в ходе выполнения расчета понимаем расчетные электрические нагрузки по секциям ТП, РП, ГПП и линиям питания. Последние определяем в нормальном режимах. Под аварийными подразумеваем режим отключения одного из трансформаторов ГПП. Расчет производим поэтапно:

Расчет нагрузок

Расчетная нагрузка единичного электроприемника определяется из соотношений:

Р_(i)=Кс_(i)×Рн_(i) , кВт;

Q_(i)=Кс_(i)×Рн_(i)×tgj_СВ(i) , квар, где

Кс_(i)– коэффициент спроса i-го электроприемника;

Рн_(i) – номинальная активная мощность i-го электроприемника;

tgj_СВ(i)=tg(arccosj_СВ) – средневзвешенная величина коэффициента реактивной мощности.

Для АД по номерам:

1. Р_АД1=0,55×2×630=693 кВт;

Q_АД1=0,55×2×630×0,7=485,1 квар;

2. Р_АД2=0,55×1×1200=660 кВт;

Q_АД2=0,55×1×1200×0,88=580,8 квар;

3. Р_АД3=0,55×6×400=1320 кВт;

Q_АД3=0,55×6×400×0,62=818,4 квар;

4. Р_АД4=0,55×2×3200=3250 кВт;

Q_АД4=0,55×2×3200×0,88=2464 квар;

Для СД по номерам:

1. Р_СД1=0,65×1600=1040 кВт;

2. Р_СД2=0,65×1250=812,5 кВт;

3. Р_СД3=0,65×1600=1040 кВт;

4. Р_СД4=0,65×3150=2047,5 кВт;

Результаты сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1. Расчетные нагрузки электродвигателей.

	АД1	АД2	АД3	АД4	СД1	СД2	СД3	СД4
Р_i, кВт	693	660	1320	3250	1040	812,5	1040	2047,5
Q_i, квар	485,1	580,8	818,4	2464

Расчетная нагрузка по трансформаторным ТП определяется с учетом реальных средневзвешенных за год коэффициентов загрузки cosj_(i).

Активная расчетная мощность трансформатора ТП равна

Рт_(i)=S_HT(i)×K_ЗТ(i)× cosj_CВ(i),

Реактивная нагрузка равна

Qт_(i)=S_HT(i)×K_ЗТ(i)× sinj_CВ(i).

Расчет (по номерам):

1. Р_1Т=2×400×0,7×0,75=420 кВт;

Q_1T=2×400×0,7×0,66=369,6 кВт;

2. Р_2Т=1000×0,7×0,85=595 кВт;

Q_2T=1000×0,7×0,52=364 кВт;

3. Р_3Т=2×400×0,7×0,7=453,6 кВт;

Q_3T=2×400×0,7×0,58=324,8кВт;

2. Р_4Т=2×1000×0,7×0,77=1078 кВт;

Q_4T=2×1000×0,7×0,63=882 кВт;

Для остальных трансформаторов аналогично, полученные результаты сведем в таблицу 2.2.

Таблица 2.2. Расчетные нагрузки трансформаторов ТП.

	1Т	2Т	3Т	4Т
Р_i, кВт	420	595	453,6	1078
Q_i, квар	369,6	364	324,8	882

Расчетная нагрузка на шинах РП и ГПП определяем по формулам:

где к – число электродвигателей;

m – число ТП в рассматриваемом узле нагрузке.

Результаты расчетов сведем в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Расчетные нагрузки на шинах РП, ТП по секциям.

РП, (ТП)	сек-- ция	вид обору-дования	Р, кВт	S Р, кВт	Q, квар	S Q, квар
1	1	3Т	453,6	2466	324,8	1628,3	5279	3063,8
		3АД	1320		818,4
		1АД	693		485,1
	2	1СД	1040	2813		1435,5
		1АД	693		485,1
		2АД	660		580,8
		1Т	420		369,6
2	1	5СД	1040	3623,5		1367,1	8921	3831,1
		3СД	812,5
		1АД	693		485,1
		4Т	1078		882
	2	7СД	2047,5	5297,5		2464
	2	4АД	3250	5297,5	2464	2464
4	1	1АД	693	2811	485,1	1367,1	6021,5	3067,5
		4Т	1078		882
		1СД	1040
	2	3АД	1320	3210,5	818,4	1700,4
		4Т	1078		882
		3СД	812,5
6	1	3АД	1320	3438	818,4	1700,4	9813,5	5046,4
		4Т	1078		882
		5СД	1040
	2	4АД	3250	6375,5	2464	3346
		4Т	1078		882
		7СД	2047,5
7	1	1СД	1040	6215,5		3318,7	10643	5081,9
		3СД	812,5
		4АД	3250		2464
		1АД	693		485,1
		4Т	420		369,6
	2	3СД	812,5	4427,5		1763,2
		5СД	1040
		2АД	660		580,8
		3АД	1320		818,4
		2Т	595		364
(1)	1	2Т	595	595	364	364	1015	733,6
(1)	2	1Т	420	420	369,6	369,6	1015	733,6
(2)	1	2Т	595	595	364	364	1015	733,6
(2)	2	1Т	420	420	369,6	369,6	1015	733,6

Результаты расчетов итоговых нагрузок для секций ГПП и в целом по ГПП сводим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4. Расчетные нагрузки ГПП.

секция	Ввод РП	SР, кВт	SQ, квар	SР^ГПП, МВт	SQ^ГПП, Мвар
I	1 РП-1 1 РП-2 1 РП-4	8900,5	4362,5	42708	21557,9


II	2 РП6 2 РП7	10803	5109,2

III	1 РП-6 1 РП-7	9653,5	5019,1

IV	2 РП-1 2 РП-2 2 РП-4	11321	5599,9

Полная расчетная нагрузка на шинах 6 кВ ГПП определяется как:

где DР_ТП и DQ_ТП – потери активной и реактивной мощности в цеховых

трансформаторах, которые равны:

Для трансформатора 1Т получим:

DР_1Т=0,02×400×2=16 кВт;

DQ_1Т=0,11×400×2=88 квар.

Для остальных трансформаторов аналогично, полученные результаты сведем в таблицу 2.5.

Таблица 2.5. Потери мощности в цеховых ТП.

	1Т	2Т	3Т	S ТП
DР, кВт	16	20	16	40
DQ, квар	88	110	88	220

Итак кВА.

Выбор трансформаторов ГПП

Выбор трансформаторов ГПП производим по полной расчетной нагрузке на шинах 6 кВ ГПП, руководствуясь режимом работы последних в аварийных условиях, т. е.

S_ТРАС=S_ГПП/1,4;

S_ТРАС=48,152/1,4=34,394 МВА.

По справочным данным [5] принимаем на ГПП два трансформатора типа ТРДН-40000/110 с расщепленной обмоткой НН. Данные трансформатора сведем в таблицу 2.6.

Таблица 2.6. Параметры трансформатора ТРДН-40000/110

Параметр	Значение
Р_НОМ, МВА	40
U_ВН, кВ	115
U_НН, кВ	6,3
Р_ХХ, кВт	34
P_КЗ, кВт	170
U_КЗ, %	10,5
U_{КЗ ВН-НН}, %	20
U_{КЗ НН1-НН2}, %	30
I_ХХ, %	0,55
Схема и группа соединения	Yн/D-D-II-II

Выбор кабельных линий ГПП.

Сечение КЛ, питающих РП выбираем исходя из номинального рабочего тока в аварийном режиме (при отключенном одном трансформаторе на ГПП).

Ток одной отходящей КЛ (для аварийного режима) рассчитываем по формуле:

I_max.P=S_РП/

где U_H=6,3 кВ – номинальное напряжение распределительной сети ГПП.

кВА;

I_max.Р=6103,66/

А,

Результаты расчета сводим в таблицу 2.7.

Таблица 2.7. Определение токов КЛ.

РП		КЛ	I_max_Р, А
1	6103,66	КЛ1, КЛ7	560,02
2	9708,83	КЛ3, КЛ8	890,8
4	6757,81	КЛ4, КЛ10	620,03
6	11034,98	КЛ2,КЛ9	1012,47
7	11794,03	КЛ5, КЛ6	1082,12

Распределительную сеть выполняем кабелем марки АСБ2лШвУ [6, табл.2.4] для прокладки в земле (траншее) с высокой коррозийной активностью и наличием блуждающих токов, в процессе эксплуатации не подвержен растягивающим усилиям. Трехжильный на 6 кВ сечением от 10 до 240 мм² [6, табл.2.8] согласно ГОСТ 18410-73^*Е. Кабель с алюминиевыми жилами в бумажной усовершенствованной изоляции с вязкой пропиткой, броня из стальных лент на подушке с шлангом наружным поливинилхлоридным..

Выбираем сечения и проверяем его на предельно допустимый ток согласно [6, табл. 6.56, 6.8].

F»

I_длит>I_max.раб.

где j=1,2 – экономическая плотность тока, А/мм² при длительном режи-

ме работы электроприемников;

n – количество кабелей.

Результаты выбора сводим в табл. 2.8.

Таблица 2.8. Выбор сечений КЛ.

РП	КЛ	I_max.Р, А	n´F, мм²	x₀, Ом/км	r₀, Ом/км	I_длит, A
1	1,7	560,02	2´150	0,074	0,206	2×300=600
2	3,8	890,80	3´150	0,074	0,206	3×300=900
4	4,10	620,03	3´120	0,076	0,258	3×260=840
6	2,9	1012,47	3´185	0,073	0,167	3×340=1020
7	5,6	1082,12	3´240	0,071	0,129	3×390=1170

Расчет токов короткого замыкания (ТКЗ) в различных точках распределительной сети.

Расчет ТКЗ производится в следующих точках:

К1: на выводах 110 кВ трансформаторов ГПП;

К2: на шинах 6 кВ ГПП [1 секция (А)];

К3: на шинах 2-ой секции РП-6;

К4: на стороне 0,4 кВ цехового трансформатора 4Т секции 2 РП-6.

Рассчитываем ток трехфазного КЗ в максимальном и минимальном режимах работы СЭС. Расчет производим в именованных единицах.

Составляем схему замещения на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3. Схема замещения.

Полагаем U_Б=6,3 кВ.

Производим пересчет сопротивлений СЗ:

Х_{С min}=Ом;

Х_{С max}=

Коэффициент расщепления, для трансформатора с расщепленной обмоткой рассчитывается как:

Рассчитываем трехфазный ТКЗ для точки К1

Рассчитываем трехфазный ТКЗ для точки К2

;

Рассчитываем трехфазный ТКЗ для точки К3

Рассчитываем трехфазный ТКЗ для точки К4

Рассчитываем токи подпитки от СД для ТКЗ в точке К3 и К2.

Составляем схему подпитки СД (см. рис. 2.2).

Рисунок 2.2. Схема подпитки СД места КЗ.

Расчет Х_CD показан в таблице 2.9.

Таблица 2.9. Расчет параметров СД.

СД		, А	, Ом
1	154,52	772,6	0,0047
3	120,72	603,6	0,0060
5	154,52	772,6	0,0047
7	304,22	1521,1	0,0023

Для СД1:

Расчет КЛ показан в таблице 2.10.

Таблица 2.10. Расчет и параметры КЛ для СД.

КЛ	ℓ, км	X, Ом	n (число паралл. кабелей)
2	0,22	0,073	3	0,0053
5	0,48	0,071	3	0,0113
6	0,4	0,071	3	0,0094
9	0,5	0,073	3	0,01216

Для КЛ2:

Итоговые Х_рез=Х_СД+Х_КЛ показаны в таблице 2.11.

Таблица 2.11. Итоговые Х_рез

От СД

Для точки

5СД-1РП6

1СД-1РП7

3СД-1РП7

3СД-2РП7

5СД-2РП7

7СД-2РП6

К2

0,01

0,016

0,0173

0,0154

0,0141

0,0144

К3

0,0221

0,0281

0,0294

0,0275

0,0262

0,0023

Полагая Е_СД*=1,1 имеем , для точки К2 5СД-1РП6:

Результаты сводим в таблицу 2.12.

Таблица 2.12. I_подп по отдельным СД и суммарные.

От СД	I_ПОДП, А для точки К2	I_ПОДП, А для точки К3
5СД-1РП6	364,16	164,77
1СД-1РП7	227,60	129,59
3СД-1РП7	210,49	123,864
3СД-2РП7	236,46	132,42
5СД-2РП7	258,77	138,95
7СД-2РП6	252,89	1583,13
Итого по всем СД	1549,81	2272,94
	18,661	18,035
	17,835	17,331

Ток однофазного короткого замыкания на 2-ой секции РП-6 рассчитываем по формуле:

где ℓ =ℓ₄×2+ℓ₂+ℓ₁=1,0+1,8=1,8 км – общая длина кабельных линий 6 кВ, питающихся от Т2 ГПП;

U_б=6,3 кВ – ном. напряжение распределительной сети;

SI_СД – сумма емкостных токов СД.

, А;

где S – мощность СД, кВА;

U_Ф и U_Н – соответственно фазное и номинальное напряжения сети и СД;

n_H – число оборотов в минуту;

К₂ =40 – для изоляции класса Б при 20^ОС.

Итого: , а

Все расчеты сводим в итоговую таблицу (см. табл. 2.13), а также в табл. 2.14.

Таблица 2.12. Режимные исходные параметры распределительной сети промышленного предприятия.

Расчетный		РП					Секция ГПП				трансформатор ГПП
параметр		1	2	4	6	7	I	II	III	IV	1	2
Р_РАС,кВт		2466 2813	3628,3 5435,5	2811 3210,5	3438 6375,5	6220,55 4427,5	8900,5	10803	9653,5	11321	18594	22124
Q_РАС,квар		1628,3 1435,5	1360,1 2464	1367,1 1700,4	1700,4 3346	3318,7 1763,2	4362,5	5109,2	5019,1	5599,9	9381,6	10709,1
I_max.Р, А		560,02	890,8	620,03	1012,47	1082,12	2005,9	2005,9	2157,13	2157,13	4163,03	4163,03
I_раб, А		271,11 289,74	355,33 536,05	286,79 333,33	351,91 680,62	646,48 437,15	909,45	1046,45	998,28	1158,84	1907,73	2255,3
					141,148 242,774
					17,835 18,661
		19,422 20,299			17,331 18,035
					1,295 1,3
n´F, мм²		2´150	3´150	3´120	3´150	3´240
Сопротивление КЛ, Ом	Z X Z X	0,0412 0,0148 0,0412 0,0148	0,0274 0,0098 0,0271 0,0098	0,043 0,0176 0,043 0,0126	0,0122 0,0053 0,027 0,0121	0,0206 0,0113 0,0172 0,0094
длина КЛ по РП (ГПП),км		0,8	0,8	1,0	0,72	0,88	1,3	0,9	0,7	1,3	2,0	2,1
I⁽¹⁾, A					2,101

Таблица 2.13. Режимные и схемные параметры элементов распределительной сети

промышленного предприятия.

Элемент распре-	Параметр элемента
делительной сети	Iн, А	Iпуск, А	cos j
1СД (СДН-2)	154,52	772,6	0,95
3СД (СДН-2)	120,72	603,6	0,95
5СД (СДН-2)	154,52	772,6	0,95
7СД (СТД)	307,22	1521,1	0,95
1АД	97	485	0,8
2АД	107,55	537,76	0,75
3АД	167,64	838,23	0,85
4АД	498,93	2494,6	0,75
1Т	48,93	-	0,75
2Т	110,54	-	0,83
3Т	45,30	-	0,81
4Т	128,45	-	0,77

ВЫБОР УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ,

АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКА

Объем устройств РЗАиТ в конкретной схеме электроснабжения выбираем согласно требованиям разделов 3 («Защита и автоматика») и 5 («Электросиловые установки») Правил устройства электроустановок (ПУЭ) {3}.

Исходя из вышеизложенного устанавливаем:

1) у электродвигателей:

защиту от перегрузки;
защита от многофазных КЗ;
защита от асинхронного хода для СД.