Релейная защита электроэнергетических систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Исходные данные

I. Расчет токов короткого замыкания в точках К1; К2; К3; К4

II. Выбор защиты ВЛЗ

III. Выбор защиты трансформаторов

IV. Выбор защиты синхронного электродвигателя

Список используемой литературы

Введение

В электрической части энергосистем могут возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций (ЭС) и подстанций (ПС) линии электропередачи (ЛЭП) и электроустановок потребителей электроэнергии.

Повреждения вызывают появление значительных аварийных токов и сопровождаются глубоким понижением напряжения на шинах ЭС и ПС. Ток повреждения выделяет большое количество теплоты, которое вызывает сильное разрушение в месте повреждения и опасные нагревания и опасное нагревание проводов неповрежденных ЛЭП и оборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы ЭС энергосистемы (ЭЭС).

Ненормальные режимы работы обычно приводят к отклонению напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости ЭЭС, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и ЛЭП.

Для уменьшения разрушений в месте повреждения и обеспечения нормальной работы неповрежденной части ЭЭС необходимо возможно выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной части ЭЭС.

Опасные последствия ненормальных режимов так же можно предотвратить, если своевременно принять меры к их устранению: например, снизить ток или напряжение при их увеличении, а при необходимости отключить оборудование, оказавшееся в недопустимом для него режиме.

Выявление и отключение повреждений следует проводить очень быстро - в большинстве случаев в течении сотых и десятых долей секунды, что может быть обеспечено только средствами автоматики. В связи с этим возникла необходимость в создании и применении автоматических устройств, защищающих ЭЭС и ёе элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов. Первоначально в качестве подобной автоматики (защиты) применялись плавкие предохранители. В последствии были созданы защитные устройства, выполняемые при помощи электрических автоматов - реле. Такой способ защиты получил название релейной защиты.

Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов ЭЭС и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить поврежденный участок и отключить его от ЭЭС, воздействуя на специальные силовые выключатели Q, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявить их в зависимости от характера нагружения либо отключать оборудование, если возникла опасность его повреждения, либо производить автоматические операции, необходимые для восстановления нормального режима, который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистем. Она тесно связана с другими видами электрической автоматики, предназначенной для предотвращения развития аварийных нарушений и быстрого восстановления нормального режима работы ЭЭС и электроснабжения потребителей: автоматического повторного включения(АПВ), автоматического включение резервных источников питания (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР).

Исходные данные

U1 = 110 kB Sт1 = Sт2 = 10 МВА l1 = l2 =30 км. РСД = 2 МВт.

U2 = 10 kB Sт3 = 4 МВА lвл = 2 км. cosµ = 0,9

Схема Электрической сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1 Схема электрической сети

ІІ. Расчет токов короткого замыкания в точках К1; К2; К3; К4.

Чертим схему замещения электрической сети.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Схема замещения электрической сети

Принимаем Uб1 = 115 кВ; Uб2 = 11 кВ, Sб = 100 МВА.

1. Рассчитываем базисные токи:

Iб1 = кА

Iб2 = кА

2. Рассчитываем сопротивление всех элементов сети.

2.1 Хл1 = Хл2 = Х0*l = 0,4*30 = 12 о.е.

2.2 о.е.

2.3 Хл3 = Х0*l = 0,4*2 = 0,8 о.е.

2.4 о.е.

2.5 Rкл = R0 *l = 0,0754*2 = 0,151о.е.

Хкл = Х0*l = 0,054*2 = 0,108 о.е.

Zкл = о.е.

2.6 Хсд = Х” о.е.

Преобразуем схему замещения (рис.2)

Рис. 3.

3. Рассчитываем ток короткого замыкания в точке К1.

3.1 ?Х = Хс + Хлэпв = о.е.

3.2 I,k1 = о.е.

I”k1 = I,k1 * Iб1 = 0,164*0,5=0,082 кА

Преобразуем схему замещения (рис.2)

Рис.4.

4. Рассчитываем эквивалентное сопротивление Х1 и Х2.

Х1 = ?Х + Хлэпв =о.е.

Х2 = Zкл + Хсд =0,187+2=2,187 о.е.

Преобразуем схему замещения (рис.4)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.5.

5. Рассчитываем токи К.З. в точках К2 и К3.

Ik1 = о.е.

Ik2 = о.е.

I,k2= Ik1 + Iк2 = 0,15+0,41=0,66 о.е.

I”k2 = I,k2* Iб2 = 0,66*5,25=3,465 кА

I,k3= о.е.

I”k3 = I,k3 * Iб2= 0,11*5,25 = 0,578 кА

Преобразуем схему замещения (рис.2)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.6.

6. Рассчитываем эквивалентное сопротивление Х3.

Х3 = Х1 + Хл + Хтз =6,625+0,8+1,625=9,05 о.е.

7. Рассчитываем ток К.З. в точке К4.

Iб3 = о.е.

I,k4= о.е.

I”k4 = I,k4 * Iб3=0,11*14,5=1,595 кА

II. Выбор защиты ВЛ3.

Рис.7. Схема воздушной линии ВЛ3.

Токовая отсечка (ТО) в ВЛ3.

Sнагр = 0,7* Sном = 2,8МВА.

Iраб = А.

Выбираем трансформатор тока ТПЛ-10-50-0,5/10Р:

А, А.

Ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от максимального тока короткого замыкания.

Iсз = Кн * Iкз max = 1,25*0,87 = 1,09 кА.

Iср= А.

Принимаем токовое реле - РТ-40/150

Максимальная токовая защита ВЛ3.

релейная защита трансформатор синхронный электродвигатель

Iсз= А

Iср= А

Принимаем токовое реле - РТ - 40/6; реле времени РВ-01 с tсз=1 с

III. Выбор защиты трансформаторов

В процессе эксплуатации трансформаторов возможны их повреждения. Возможность их повреждений и ненормальных режимов работы обуславливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств. В качестве таких защит применяется газовая, дифференциальная защита трансформаторов, максимальная токовая защита, защита от перегрузки.

1. Газовая защита трансформаторов.

В качестве газовой защиты выбираем газовое реле типа РГЧЗ - 66.

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения.

Реле типа РГЧЗ - 66 имеет две открытые плоскодонные чашки с установленными внутри них подвижными контактами. При заполнении маслом корпуса газового реле обе чашки под действием спиральных пружин находятся в верхнем положении, и контакты реле разомкнуты. При понижении уровня масла в реле в результате утечки масла или его вытеснения газом, скапливающимся в верхней его части корпуса реле, под действием веса оставшегося в чашечках масла они опускаются, и подвижный контактный мостик замыкает неподвижные контакты. Первой опускается верхняя чашка сигнального элемента (при вытеснении примерно 400 см3 масла), а затем чашка нижнего отключающего элемента (при полном уходе масла через реле). С нижней чашкой отключающего элемента связана сменная пластина, реагирующая на скорость потока масла в реле. Реле комплектуется тремя сменными пластинами разных размеров, рассчитанными на замыкание нижнего отключающего контакта при скоростях потока масла 0,6; 0,9; и 1,2м/с (на пластинах нанесены цифры, указывающие скорость потока масла).

2. Защита от перегрузки трансформаторов.

Iном = А.

Выбираем трансформатор тока ТТ -

Ток срабатывания от перегрузки устанавливается из условий отстройки от номинального тока.

Iсз= А.

Iср= А

Принимаем токовое реле РТ - 40/6; реле времени РВ-01 с tсз=20 с

3. Максимальная токовая защита трансформаторов.

Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условий отстройки (несрабатывания) от перегрузки. Ток перегрузки определяется из рассмотрения двух режимов:

а) отключение параллельно работающего трансформатора:

Iнагр.max = 2 Iном.т = 2*58,32 = 116,64 А.

б) автоматическое подключение нагрузки при срабатывании АВР:

Iраб.max = 0,7*( Iном.т1 + Iном.т2) = 0,7*(58,32+58,32)=81,65 А.

Ток срабатывания защиты:

Iсз= А.

Iср= А.

Кч =

Выбираеи токовое реле РТ-40/20;реле времени РВ-01 с tсз=1,5 сек.

Коэффициент чувствительности МТЗ должен быть Кч? 1,5 при коротких замыканиях на низшей стороне трансформатора и Кч ? 1,2 при коротких замыканиях в конце линии, отходящих от шин низшего напряжения.

5,57?1,5 и 5,57?1,2 >МТЗ выбрано правильно.

4. Дифференциальная защита

1. Определяются первичные номинальные токи на сторонах трансформатора (Iном 1 и Iном 2) и коэффициенты трансформации трансформатора тока:

А

А

2. Определяются вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты:

По большому значению i2 принимается основная сторона дифференциальной защиты, и все расчеты приводятся к основной стороне. 3. Выбирается ток срабатывания защиты из условий отстройки:

а) от броска тока намагничивания

A

где Kн.д.з. - коэффициент отстройки дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания. (Kн.д.з. = 1,3 для реле РНТ-565)

б) от максимального тока небаланса:

где для РНТ-565,



обусловлена погрешностью (токов намагничивания) трансформаторов тока, питающих дифференциальную защиту.

А

где - коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока

();

- коэффициент, учитывающий 10%-ую погрешность трансформаторов

тока

- коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле с БНТ;

- максимальное значение тока к.з. за трансформатором, приведенное к основной стороне трансформатора;

обусловлена регулированием напряжения защищаемого трансформатора:



где - полный диапазон регулирования напряжения.

обусловлено неточностью установки на коммутаторе реле РНТ

(ДЗТ) расчетного целого числа витков уравнительных обмоток:

где - соответственно расчетное и установленное число витков обмоток РНТ для неосновной стороны.

На первом этапе расчета уставки дифференциальной защиты по (2.6) не учитывается, т.е.

А

4. Производится предварительная проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне ее действия:



где Iк.мин.- минимальное значение тока к.з. (обычно двухфазное в зоне защиты).

Kсх - коэффициент, учитывающий схему соединения трансформатора тока; при соединении в звезду Kcx=1, при соединении в звезду, при включении по схеме треугольника

Kcx=

Если коэффициент чувствительности больше двух (), то расчет можно продолжать.

5. Определяется ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с большим током в плече (основной стороне)

А

где nT - коэффициент трансформации трансформаторов тока на той стороне защищаемого трансформатора, для которой подсчитан Iср;

6. Определяется число витков обмотки реле на основной стороне:

 (2.14)

где - намагничивающая сила (=60 АВ для РНТ-562, =100 АВ для РНТ-565)

Полученное число витков округляется до ближайшего меньшего числа витков, которое можно установить на реле.

7. Определяется число витков обмотки РНТ, по которым проходит ток неосновного плеча. Указанные витки находятся из уравнения баланса намагничивающих сил при внешнем к.з. при условии, что по обеим обмоткам защищаемого трансформатора проходят равные номинальные мощности Sном.

.

8. Определяется ток небаланса с учетом



A

IV. Выбор защиты синхронного электродвигателя.

1 Дифференциальная защита электродвигателя.

Дифференциальная защита устанавливается на электродвигателях мощностью Рдв<5000 кВт

Ток срабатывания дифференциальной защиты принимается равным:

Iсз = Котс.дз* Iном.дв = 1,7*160=272 A

Iном.дв = A

Выбираем трансформатор тока ТТ -

Iср = А.

Принимаем токовое реле РТ - 40/10

2 Защита от минимальных напряжения.

В общем случае защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения само запуска ответственных электродвигателей, она отключает электродвигатели неответственных механизмов.

Напряжение срабатывания первой ступени устанавливается примерно равным

U??сз = 0,7Uном = 0,7*10=7 кВ.

а выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующих защит от многофазных коротких замыканий.

t?сз = 0,5 - 1,5сек.

Вторая ступень защиты отключает часть электродвигателей ответственных механизмов, само запуск которых недопустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей технологического процесса.

Напряжение срабатывание второй ступени:

U??сз = 0,5Uном = 0,5*10 = 5 кВ.

а выдержка времени принимается

t?сз = 10-15 сек.

3 Максимальная токовая защита.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки устанавливается из условий отстройки от номинального тока электродвигателя:

Iсз= А.

Iср = А.

Принимаем токовое реле РТ - 40/6;реле времени РВ-01 с tсз=2,5 сек

Список литературы

1. Рокотян С.С. “Справочник по проектированию электроэнергетических систем” М. “ Энергия”,1987г.

2. “ Правила устройства электроустановок” М. “ Энергия”,2006 г.

3. Боровиков В.А. “Электрические сети энергетические системы”,1989 г.

4. Идельчик В.И. “Электрические системы и сети”,1987 г.

5. Неклепаев Б.Н. “Электрическая часть электростанций и подстанций” М. “ Энергия”, 1972г.

6. “Принципиальные электрические схемы РУ ПС 6-750 кВ”1991г.

Размещено на Allbest.ru