Релейная защита и автоматика

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Метод упорядоченных диаграмм

Расчетная активная мощность высоковольтных двигателей по этому методу определяется следующим образом:

(1.1)

Где Kи. - коэффициент использования, Kи =0,75;

Kм. - коэффициент максимума;

Рном - сумма номинальных мощностей электродвигателей, за исключением резервных,МВт

Значение коэффициента использования Kи приводится в справочниках.

Коэффициент максимума Kм определяется в зависимости от эффективного числа электроприемников (электродвигателей) nэ и величины коэффициента использования Kи.

Эффективным числом электроприемников nэ называют такое число однородных по режиму электроприемников одинаковой мощности, которые дают такую же величину расчетного максимума Рм, что и группа электроприемников различный поп мощности и режиму работы.

Тогда коэффициент максимума Kм =1,29

Расчетная активная мощность двигателей по формуле 1.1:

Ррасч=0,75 1,29 2=1,935 МВт

Расчетная реактивная мощность:

(1.3)

(1.4)

По формуле 1.3 и 1.4:

Так как синхронные электродвигатели работают с опережающим коэффициентом мощности (cos ? = 0,9) и в режиме перевозбуждения происходит компенсация реактивной мощности, то реактивная мощность принимается отрицательной.

Мвар

Полную мощность определим по следующей формуле:

(1.5)

Выбор числа и мощности трансформаторов

Для электроснабжения НПС-потребителя 1 категории надежности должны быть предусмотрены два независимых источника электроснабжения, т.е. двухтрансформаторные подстанции.

На объектах нефтегазопромыслов выбор мощности трансформаторов двухтрансформаторной подстанции должен производиться из условий 100% резервирования электроснабжения потребителей, с учётом возможности работы с перегрузкой 140% на срок до 5 суток, при продолжительности нагрузки в каждые сутки не более 6 часов.

С учетом допустимых нагрузок мощность каждого из трансформаторов может быть принята Sном = 4 МВ*А. Выберем двухобмоточные масляные трансформаторы типа ТМ - 4000/35, технические данные которых сведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Параметры трансформаторов ТМ - 4000/10.

Параметры	Единицы измерения	Данные
Номинальная мощность, Sном	КВ*А	4000
Номинальное напряжение обмотки ВН	КВ	6;10
Номинальное напряжение обмотки НН	КВ	0.4
Потери холостого хода, Р0	КВт	5.2
Потери короткого замыкания, Рк	КВт	33.5
Напряжение короткого замыкания, Uк	%	7.5
Ток холостого хода, I0	%	0.9

Определим коэффициент загрузки трансформатора

(1.6)

Проверим, подходят ли выбранные трансформаторы с учетом потерь. Активные потери составляют 2 % от номинальной мощности. Реактивные потери составляют 10 % от номинальной мощности.

?Р = 4000 * 0.02 = 80 кВт

?Q = 4000 * 0.1 = 400 квар

Тогда полная мощность двигателей с учетом потерь в трансформаторах составит:

Следовательно, данный тип трансформаторов удовлетворяет нашим требованиям.



2. Выбор оборудования типовых ячеек

2.1 Выбор сечений проводов

Выбор сечения проводов проводим по расчётным токам. За расчётные токи потребителей примем их номинальные значения.

Рассчитаем ток на стороне высшего напряжения трансформатора:

(2.1)

где Sном.т - номинальная мощность каждого из трансформаторов, кВ·А;

Uном - номинальное напряжение, кВ.

Согласно ПУЭ Выбор экономически целесообразного сечения производят по экономической плотности тока, которая зависит от материала проводников, конструкции провода и числа часов использования максимума активной мощности, поэтому выберем сечение по экономической тока.

Экономическое сечение проводников определяется по формуле:

(2.2)

где Iрасч - расчетный ток линии на пятом году ее эксплуатации, А;

jэк - экономическая плотность тока, jэк = 1,0 А/мм2.

Полученное сечение провода округляем до ближайшего стандартного значения и выбираем провод сталеалюминевый провод марки АС-25/4,2 с допустимым током Iдоп. = 142 А, удельными сопротивлениями r0 = 1,152 Ом/км и x0 = 0,319 Ом/км.

Условие проверки провода по нагреву:

Iдоп. > Iрасч.,(2.3)

142 А > 20,1 А.

Следовательно, выбранное сечение удовлетворяет условиям нагрева.

2.2 Расчет токов короткого замыкания

Рис. 2.1 Исходная схема

В нормально режиме секционный выключатель Q5 находится в отключенном состоянии, силовые трансформаторы работают раздельно на отдельные секции шин. Наиболее тяжёлый режим может наступить при коротком замыкании в момент перевода нагрузки с одного силового трансформатора на другой, то есть когда выключатель Q5 выключен. Этот режим и принят за расчётный.

Рис. 2.2 Схема замещения

Расчёт токов короткого замыкания произведен согласно ГОСТ Р 52735-2007, который устанавливает методы расчета токов короткого замыкания, необходимые для: выбора и проверки электрооборудования по условиям короткого замыкания, выбора уставок и оценки возможного действия релейной защиты и автоматики, определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи, выбора заземляющих устройств.

Расчёт токов короткого замыкания произведем в именованных единицах, приняв за основную ступень напряжения Uб = 115 кВ.

Определим сопротивление энергосистемы:

(2.4)

где Uб - основная ступень напряжения, кВ;

Iк - ток КЗ энергосистемы,

(2.5)

Тогда по формуле 2.4:

Активное и реактивное сопротивления ВЛ 110кВ, приведенные к базисному напряжению определяется следующим образом:

Rл = R1 = R2 = r0 L (Uб / Uном.ср)2 (2.6)

Rл = R1 = R2 = 1,152 70 (115 / 115 ) 2 = 80,64 Ом

Хл = Х1 = Х2 = х0 L (Uб / Uном.ср)2 (2.7)

Хл = Х1 = Х2 = 0.392 70 (115 / 115 ) 2 = 26,7 Ом



x0 = 0,392 - удельное индуктивное сопротивление ВЛ,

r0 = 1,152 - удельное активное сопротивление ВЛ,

l = 70 км - длина ВЛ.

Сопротивление трансформаторов, приведенные к базисному напряжению:

Сопротивление трансформаторов, приведенные к базисному напряжению:

(2.8)

где Uк % - напряжение КЗ трансформаторов , Uк =11%;

Sном - номинальная мощность трансформаторов, МВА;

Ом

Сопротивления СД, приведенные к базисному напряжению:

Х5 = Х6 = Х7 = Х?” (Uб2 / Sном.д) (2.9)

где Sном.д - полная мощность СД, МВА;

Х?” - сверхпереходное сопротивление, Х?” = 0.2 Ом.

Sном.д = Pном / cos?(2.10)

Sном.д = 2 / 0.9 = 1,8 МВА

Х5 = Х6 = Х7 = 0.2 (1152 / 1,8) = 1469 Ом



На рис. 2.3 приведена преобразованная схема замещения, параметры которой определены следующим образом:

Х1 = Хс = 15,71 Ом

R11 = R1 / 2 = 80,64 / 2 = 40,32 Ом

Х11 = Х1 / 2 = 26,7 / 2 = 13,35 Ом

Х13 = Х3 / 2 = 363,69 / 2 =181,85 Ом

Х15 = Х15 / 3 = 1469 / 3 = 489,6 Ом

Периодическая составляющая тока КЗ в точке К-1:

(2.11)

где ХК-1 - суммарное сопротивление сети до точки К-1:

ХК-1 = Х1 = 15,71 Ом

кА

Ударный ток КЗ в точке К-1:

iуд.К-1 = куд IК-1 (2.12)



В сетях, где активные сопротивления не учитываются из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять куд = 1.8.

iуд.К-1 = 1.8 4,231 = 10,7 кА

Расчет тока КЗ в точке К-2 с учетом подпитки от СД.

Периодическая составляющая тока КЗ от системы в точке К-2:

(2.13)

где ХК-2 - суммарное сопротивление сети до точки К-2:

ХК-2 = Х1 + Х11 + Х13 = 15,71 + 13,35 + 181,85 = 210,37 Ом

кА

Ток КЗ, приведенный к напряжению 10,5 кВ:

IК-2 = IК-2 (Uб / Uном.ср) (2.14)

IК-2 = 0.316 (115 / 10,5) = 3,461 кА

Определим куд при:

ХК-2 / RК-2 = 210,37 / 40,32 = 5.302

Тогда куд = 1.55 в соответствии с графиком, приведенным в справочнике.

Ударный ток КЗ от энергосистемы в точке К-2:



iуд.К-2 = куд IК-2 (2.15)

iуд.К-2 = 1.55 3,461 = 7,64 кА

Периодическая составляющая тока КЗ от СД:

(2.16)

кА

Ток КЗ от СД, приведенный к напряжению 10,5 кВ:

IК-2д = IК-2.д (Uб / Uном.ср) (2.17)

IК-2д = 0.135 (115 / 10,5) = 1,149 кА

Ударный ток КЗ от СД:

iуд.К-2.д = куд IК-2.д (2.18)

iуд.К-2.д = 1,8 1,149 = 2,916 кА

На основании полученных результатов, результирующий ток КЗ в точке К-2 от энергосистемы и от СД определится следующим образом:

IК-2 = IК-3.с + IК-3.д (2.19)

IК-2 = 3,461+1,149 = 4,61 кА

Результирующий ударный ток КЗ в точке К-2:



iуд.К-2 = iуд.К-2.с + iуд.К-2.д (2.20)

высоковольтный релейный трансформатор замыкание

iуд.К-2 = 7,64+2,916 = 10,556 кА

В качестве минимального тока КЗ, который необходим для проверки чувствительности релейных защит, используют ток двухфазного КЗ в наиболее удаленной точке. Минимальное значение тока КЗ можно определить по формуле:

Ik(2) = Ik(3) (2.21)

Для точки К-1:

Ik-1(2) = 4,231 = 3,659 кА

Для точки К-2:

Ik-2(2) = 4,61 = 3,988 кА

Результаты расчета токов КЗ сведены в таблицу (табл. 2.1).

Таблица 2.1 Результаты расчета токов КЗ.

Точка КЗ	Ik(3), кА	iуд, кА	Ik(2), кА
К-1	4,231	10,7	3,659
К-2	4,61	10,56	3,988

2.3 Выбор кабелей

Кабели выбираются по номинальным параметрам: ток, напряжение и проверяются на термическую устойчивость при токах короткого замыкания.

Номинальный ток двигателей рассчитывается по формуле (2.22):



(2.22)

где Pном. - номинальная мощность синхронного двигателя, кВт;

Uном. - номинальное напряжение, кВ;

cos ? - коэффициент мощности электродвигателя.

А

Выбираем кабель АВВГ 4х35, с сечением жилы 35 мм2. Он состоит из медных жил в поливинилхлоридной изоляцией, заключенных в оболочку

(ПВХ)-пластика

Допустимый длительный ток для данного кабеля при прокладке в земле

Iдоп = 140 А.

Определим минимальное сечение кабеля по термической устойчивости:

(2.23)

где - действующее значение установившегося тока к.з.

- коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в проводнике после и до к.з; для кабелей напряжением 10 кВ с медными жилами .

-приведённое время к.з.

(2.24)



где - время действия релейной защиты, для МП защиты = 0,1- 0,5 сек.

Примем tз = 0,5 с.

- полное время отключения выключателя =0,03с.

Время от начала к.з.:

tпр = 0,5 + 0,03 =0,53 с

мм2

Выбранный кабель удовлетворяет условию термической стойкости:

35 мм2 > 23,86 мм2

2.4 Выбор ячеек КРУ-10 кВ

В качестве распределительного устройства 10 кВ применим закрытое распределительное устройство (ЗРУ) заводского изготовления. ЗРУ состоит из отдельных ячеек различного назначения.

Для комплектования ЗРУ-10 кВ выберем шкафы КРУ СЭЩ-63, изготавливаемые самарским заводом «Электрощит», предназначенные для приема и распределения электрической энергии трехфазного тока промышленной частоты 50 Гц и напряжением 10 кВ.

КРУ серии СЭЩ-63 соответствует требованиям ГОСТ 14693-90.

Конструкция КРУ СЭЩ-63имеет:

Все виды высоковольтных коммутационных аппаратов, расположенных на выкатных частях.

Высокочувствительную дуговую защиту с использованием фототиристоров, дуговую защиту на оптоволоконных элементах и др.

Автоматическое регулирование температуры и влажности.

Высокую степень заводской готовности.

Малые сроки монтажа.

Высокая безопасность в работе КРУ обеспечивается:

Надежной блокировкой от неправильных действий обслуживающего персонала.

Автоматически работающими шторками, защищающими обслуживающий персонал от случайного прикосновения к токоведущим частям под напряжением.

Возможностью заземления любого участка главных цепей с помощью стационарно установленных заземляющих разъединителей.

В комплектацию шкафов КРУ СЭЩ-63 входят масляные выключатели типа ВВ/TEL-10, трансформаторы тока типа ТОЛ-СЭЩ-10, трансформаторы напряжения НОЛ-СЭЩ-10-У2, предохранители, заземляющие ножи, шкафы релейной защиты, выполненной с помощью блоков (в зависимости от заказа) Сириус, Spac, Sepam, MICOM, БМРЗ, панели с блоками питания, сборные и соединительные шины, опорные изоляторы, приборы контроля и учета СЭТ-4ТМ, Евро-Альфа.

2.5 Выбор высоковольтных электрических аппаратов

2.5.1 Выбор выключателей

Выбор высоковольтных выключателей произведен на основе сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными, для чего составим таблицу (2.2). Значения номинальных данных по каталогу должны быть больше или равны соответствующих параметров электрической сети:

(2.25)

(2.26)

(2.27)



Таблица 2.2

Место установки выключателя	Тип выключателя	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q1, Q2	ВБЭ-110-20/1250	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	110 кВ 20,1 А 4,2 кА 10,7 кА 20,9 кА2с	110 кВ 1250 А 20 кА 80 кА 1200 кА2с
Q3, Q4, Q5	ВВУ-СЭЩ-П3-10-31,5/1600	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	10 кВ 1469А 4,6 кА 10,5 кА 24,52 кА2с	10 кВ 1600 А 31.5 кА 80 кА 2976 кА2с
Q6, Q7, Q8, Q9	ВВ/TEL-10-630	Uc ? Uном Iрасч ? Iном Iк ? Iоткл iуд ? iдин Bк ? I?2tп	10 кВ 20,1 А 4,98 кА 7,64 кА 27,7 кА2с	10 кВ 400 А 20 кА 52 кА 1200 кА2с

Выбор высоковольтных выключателей.

Выбор высоковольтных выключателей Q1-Q2, установленных со стороны высокого напряжения силовых питающих трансформаторов (рис.1.1). Параметры сети Uном=110 кВ, Iрасч=20,1А, =4,2 кА, iуд=10,7 кА.

Выбираем вакуумный выключатель типа ВВЭЛ-110-25/630 У3. Параметры выключателя: Uном=110 кВ, Iном=630 А, Iоткл=25кА, iдин=52 кА, ток термической стойкости 52 кА при времени действия 3 с, полное время отключения 0,11 с.

Расчет интеграла Джоуля при коротком замыкании (теплового импульса тока) Вк можно выполнить следующим образом:



(2.28)

где Bк,п, Вк,а - соответственно периодическая и апериодическая составляющие импульса тока;

I? - действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания;

tоткл - время от начала короткого замыкания до его отключения,

tоткл = tз + tвык (2.29)

tз - время действия релейной защиты, для МТЗ tз=0,5-1,0 с, примем tз=1,0 с;

tвык - полное время отключения выключателя, tвык = 0,11 с.

Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания

(2.30)

где x?, r? - суммарные индуктивные и активное сопротивление цепи КЗ.

В сетях, где активное сопротивление не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять Tа = 0,05.

При тепловой импульс тока можно найти по упрощённой формуле

. (2.31)

Для выключателей Q1 - Q2:

tоткл = tз + tвык = 1+0,1 = 1,1 с.

Отношение , Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания до точки К2 равна Та = 0,05, т.к. активное сопротивление в расчётах не учитывалось. Отсюда тепловой импульс тока при КЗ для выключателей Q1-Q2,по формуле (2.31):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q1-Q2:

(2.32)

Для выключателя ВВЭЛ-110-25/630: I?=25 кА; tп=3с, тогда интеграл Джоуля

= 252 ·3 = 1875 кА2с

то есть Вк<<

Выбор высоковольтных выключателей Q3,Q4,Q5 установленных в цепи ЗРУ-10 кВ (рис.1.1). Параметры сети Uном=10 кВ, Iрасч= 355,6 А, =9,55 кА, iуд=21,7 кА.

Выбираем вакуумный выключатель типа ВВУ-СЭЩ-П3-10-31,5/1600. Параметры выключателя: Uном=10 кВ, Iном=1600 А, Iоткл=31,5 кА, iдин=80 кА, ток термической стойкости 31.5 кА при времени действия 3 с, время отключения 0,03 с.

Для выключателей Q3,Q4,Q5время от начала короткого замыкания до его отключения по формуле 2.29:

tоткл = tз + tвык = 1+0,11 = 1,11с.

Отношение , Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания до точки К2 равна Та = 0,05, т.к. активное сопротивление в расчётах не учитывалось. Отсюда тепловой импульс тока при КЗ для выключателей Q3,Q4,Q5,по формуле (2.31):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q3,Q4,Q5

I?=31,5 кА; tп=3с:

= 31,52 ·3 = 2976 кА2с

то есть Вк<<

Выбор высоковольтных выключателей Q6, Q7, Q8, Q9, установленных в цепях питания СД. Параметры сети Uном=10 кВ, Iрасч= 278,91 А, =3,66 кА, iуд=9,32 кА.

Выбираем вакуумный выключатель типа ВВ/TEL-10-630. Параметры выключателя: Uном=10 кВ, Iном=630 А, Iоткл=20 кА, iдин=52 кА, ток термической стойкости 20 кА при времени действия 3 с, время отключения 0,07 с.

Расчет интеграла Джоуля при коротком замыкании (теплового импульса тока) Вк выполняем по формуле (2.28):

Интеграл Джоуля при коротком замыкании для выключателей Q6,Q7,Q8,Q9 (ВВ/TEL-10-630: I?=20 кА; tп=3с) находим по формуле (2.29):

= 202 ·3 = 1200 кА2с

то есть Вк<

2.5.2 Выбор шин

В качестве сборных шин выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 40x10 мм. Длительно допустимый ток при одной полосе на фазу составляет Iдоп = 800 А. Условие выбора:

Iрасч ? Iдоп (2.33)

20,1 А ? 800 А

Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам КЗ.

Шину, закрепленную на изоляторах можно рассматривать как многопролетную балку.

Наибольшее напряжение в металле при изгибе:

(2.34)

где М - изгибающий момент, создаваемый ударным током КЗ,Нм;

W - момент сопротивления, м3.

Изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки равен:

(2.35)

где F - сила взаимодействия между проводниками при протекании

по ним ударного тока КЗ, Н;

- расстояние между опорными изоляторами,

Момент сопротивления при расположении шин плашмя:

(2.36)

где b,h - соответственно узкая и широкая стороны шины, м.

м3

Наибольшее электродинамическое усилие:

(2.37)

где - расстояние между токоведущими шинами, = 0,35 м;

- коэффициент формы, =1,1.

Н

Тогда изгибающий момент для равномерно нагруженной многопролетной балки определим по формуле (2.35):

Н·м

Тогда наибольшее напряжение в металле при изгибе по формуле 2.34:

МПа

Допустимое напряжение при изгибе для алюминиевых шин 70 МПа.

? = 1 МПа ? ?доп = 70 МПа

Следовательно, выбранные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин:

(2.38)

где - пролет шины, =1,4 м;

- модуль упругости материала шин,

для алюминия =7,21010 Н/м2;

- масса единицы длины шины, = 0,802 кг/м;

- момент инерции сечения шин относительно оси изгиба.

(2.39)



Гц

Т. к. > 200 Гц, то явление резонанса не учитываем.

Таким образом, выбранные шинопроводы и сборные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Проверим шины на термическую стойкость к токам КЗ.

Минимально допустимое сечение алюминиевых шин:

(2.40)

где - периодическая составляющая тока КЗ в точке КЗ;

- приведенное время КЗ.

(2.41)

где - время действия апериодической составляющей времени КЗ;

- время действия периодической составляющей времени КЗ.

Для времени отключения КЗ и ?” = 1:

Отсюда термически стойкое сечение шин по формуле 2.35:

мм2

Выбранные шины удовлетворяют условиям термической стойкости, т.к.

Fш Fт , или 40*10 = 400 мм2 47,1 мм2.

2.5.3 Выбор разъединителей

Разъединители выбирают по конструктивному исполнению и месту установки (наружная или внутренняя), по номинальному току(Iном), по номинальному напряжению(Uном) и проверяют на электродинамическую и термическую стойкость.

Выбор разъединителей производим на основе сравнения расчетных и каталожных данных, для чего составим таблицу:

Таблица 2.3

Место установки	Тип разъединителя	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные разъединителя
Питающая линия 10 кВ	РВ-10/400	Uc ? Uном Iрасч ? Iном iуд ? iдин Bк ? I?2t	10 кВ 20,1 А 10,56 кА 89 кА2·с	10 кВ 400 А 51 кА 1000 кА2·с

Тепловой импульс тока при КЗ вне помещений:

Bк = I?2·tпр (2.42)

где - действующее значение периодической составляющей тока КЗ;

- приведенное время КЗ, = 0,805 с.

Bк = 10,562·0,8=89 кА2·с

2.5.4 Выбор ограничителей перенапряжений

Uном ? Uрасчёт(2.43)

Uпроб ? Uрасчёт(2.44)

Uост ? Uрасчёт(2.45)

Для защиты от атмосферных перенапряжений на стороне напряжения 10 кВ применим нелинейные ограничители перенапряжений типа ОПН-П1-10II УХЛ1 наружной установки, а на стороне напряжения 10 кВ - ограничители перенапряжений типа ОПН-1-10III УХЛ1.

В ЗРУ для защиты изоляции от коммутационных перенапряжений применим ограничители перенапряжений типа ОПН-ЭС-П-10 УХЛ2 (г. Самара).

Более глубокий, чем у вентильных разрядников, уровень ограничения перенапряжений обеспечивает более надежную защиту сети. А благодаря корпусу из полимерной изоляции, ОПН обладают высокой стойкостью к механическим воздействиям при монтаже и транспортировке.

В отличие от вентильных разрядников, ОПН этой группы взрывобезопасны и выдерживают прямой удар молнии с сохранением всех эксплуатационных параметров.

2.5.5 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, номинальному первичному току, номинальному вторичному току, классу точности. Проверяют трансформаторы тока на электродинамическую и термическую стойкость при коротких замыканиях.

Выбор трансформаторов тока произведём на основе сравнения расчётных данных и данных из каталога, для чего составим табл. 2.4.



Таблица 2.4 Выбор трансформаторов тока

Место установки	Тип трансформатора тока	Условия выбора	Расчётные данные сети	Каталожные данные
ВН (вне помещения)	ТФМ-110-П-У1	Uсети <Uном.	110 кВ	110 кВ
		Iрасч. < I1ном.	20,1 А	100 А
		iуд. <Kдин.I1ном.	11,5 кА	21,2 кА
		Bк. <	103 кА2с	1200 кА2с
НН (внутри помещения)	ТОЛ-СЭЩ -10-300/5	Uсети < Uном.	10 кВ	10 кВ
		Iрасч. < I1ном.	20,1 А	150 А
		iуд. < дин.I1ном.	10,56 кА	35 кА
		Bк. <	130,4 кА2с	150,7 кА2с

Вне помещения на стороне высшего напряжения выбираем трансформаторы тока ТФМ-110-П-У1 с током термической стойкости It = 20 кА (t = 3 с) и коэффициентом трансформации n = 100/5.

(2.46)

где kдин - кратность электродинамической устойчивости, приводится в каталогах, kдин = 150

Iном - номинальный первичный ток трансформатора тока, Iном = 100 А:

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые на стороне 110 кВ на термическую стойкость при КЗ:

(2.47)



где kt - кратность термической устойчивости, приводится в каталогах, kt = 25;

tпр - приведённое время КЗ, tпр = 0,805;

I? - действующее значение периодической составляющей тока КЗ,

I? = 11,5 кА.

Из расчёта следует, что выбранные трансформаторы тока удовлетворяют условиям выбора.

Трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения, конструкторского исполнения 04 с номинальным первичным током 300 А, номинальным вторичным током 5 А с тремя вторичными обмотками ,с классом точности 0,5 и нагрузкой 10 ВА; климатического исполнения «У» категории размещения 2 .

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения

на электродинамическую стойкость при КЗ:

(2.48)

где kдин - кратность электродинамической устойчивости, приводится в каталогах, kдин = 150

Iном - номинальный первичный ток трансформатора тока, Iном = 300 А:

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения на термическую стойкость при КЗ:

(2.50)

где kt - кратность термической устойчивости, kt = 150,7;

tпр - приведённое время КЗ, tпр = 0,805;

I? - действующее значение периодической составляющей тока КЗ,

I? = 21,7 кА.

Из расчёта следует, что выбранные трансформаторы тока удовлетворяют условиям выбора.

2.5.6 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (ТV) выбирают по номинальному первичному напряжению, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному выполнению.

Условия выбора:

Uном Uном.сети ; (2.51)

Sном S2 . (2.52)

S2 - суммарная мощность, потребляемая катушками приборов и реле

Трансформаторы напряжения изготовляют для работы в классах точности 0,2; 0,5; 1; 3. ТV Класса точности 0,2 применяют для питания счётчиков электрической энергии, устанавливаемых на мощных генераторах и межсистемных линиях электропередачи; ТV класса 0,5 - для питания расчётных счётчиков других присоединений и измерительных приборов классов 1 и 1,5; ТV класса 1- для подключения приборов класса 2,5 и ТV класса 3- для релейной защиты.

Предполагая, что эта мощность не выйдет за пределы 200 Вт, выбираем трансформатор напряжения НАЛИ-СЭЩ-10 с классом точности 0,2 для 10 кВ, и для стороны 110 кВ ЗНОМ-110 с классом точности 0,5.

Таблица 2.5 Выбор трансформаторов напряжения

Наименование параметра	НАЛИ-СЭЩ-10	ЗНОМ-110
Класс напряжения, кВ	10	110
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	12	40,5
Номинальное напряжение на высокой стороне	10000	110000
Номинальное напряжение на низкой стороне	100	100
Номинальная мощность, ВА	200	400



3. Релейная защита и автоматика

3.1 Защита трансформаторов

Согласно ПУЭ для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты и автоматики от следующих повреждений и ненормальных режимах работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2) однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

3) витковых замыканий в обмотках;

4) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) понижения уровня масла;

7) частичного пробоя изоляции вводов 500 кВ;

8) 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 от многофазных замыканий на землю и витковых замыканий в обмотках трансформатора предусматривается продольная дифференциальная защита, действующая без выдержки времени на отключение всех выключателей транмформатора, и токовая отсечка со стороны питания,которая действует так же без выдержки времени на отключение всех выключателей.

Для защиты трансформатора в данном курсовом проекте используется устройство микропроцессорной защиты "Сириус-Т".

Устройство микропроцессорной защиты "Сириус-Т" предназначено для выполнения функций основной защиты двухобмоточного (в том числе с расщепленной обмоткой) трансформатора с высшим напряжением 35 - 220 кВ. Также возможно использование устройства в качестве дифференциальной защиты реактора или мощного синхронного двигателя. Терминал защиты содержит подменную МТЗ ВН и МТЗ НН с внешним комбинированным пуском напряжения.

Устройство предназначено для установки на панелях и в шкафах, в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 35 - 220 кВ. Устройство подключается к измерительным трансформаторам тока с номинальным вторичным током 5 А.

Наименование параметра	Значение
Входные аналоговые сигналы:
число входов по току	6
номинальный ток фаз (IА, IВ, IС), А	5 (1)*
максимальный контролируемый диапазон токов, А	0,2 - 500 (0,04 - 100)*
рабочий диапазон токов, А	1,0 - 200 (0,2 - 40)*
основная относительная погрешность измерения токов в фазах, %	+-3
термическая стойкость токовых цепей, А, не менее:
Длительно	15 (3)*
кратковременно (2 с)	500 (100)*
частота переменного тока, Гц	50 +- 0,5
потребляемая мощность входных цепей для фазных токов в номиналь-ном режиме, ВА, не более:	0,01
Входные дискретные сигналы (220/110 В)
число входов	21
входной ток, мА, не более	20
напряжение надежного срабатывания, В (исполнение 220 В) (исполнение 110 В)	160 - 264 80 - 132
напряжение надежного несрабатывания, В (исполнение 220 В) (исполнение 110 В)	0 - 120 0 - 60
длительность сигнала, мс, не менее	20
Выходные дискретные сигналы управления (220 В)
количество выходных реле	12
коммутируемое напряжение переменного или постоянного тока, В, не более	300
длительно допустимый ток, А	6
ток размыкания при постоянном напряжении 48/110/220 В и постоянной времени L/R < 0,05 с, А, не более ток замыкания, А с длительностью протекания 1,0 с с длительностью протекания 0,2 с с длительностью протекания 0,03 с	6 / 0,8 / 0,5 12 30 40

Функции защиты, выполняемые устройством:

1.1.7.1 Двухступенчатая дифференциальная токовая защита трансформатора (токовая отсечка и защита с торможением от сквозного тока и отстройкой от бросков тока намагничи-вания).

1.1.7.2 Цифровое выравнивание величины и фазы токов плечей дифференциальной защиты.

1.1.7.3 Автоматическая компенсация токов небаланса в дифференциальной цепи, вносимых работой РПН.

1.1.7.4 Контроль небаланса в плечах дифференциальной токовой защиты с действием на сигнализацию.

1.1.7.5 Входы отключения от газовой защиты трансформатора и РПН с возможностью перевода действия на сигнал с помощью оперативной кнопки управления на лицевой панели, либо с помощью дискретного входа.

1.1.7.6 Ненаправленная двухступенчатая МТЗ высшей стороны трансформатора с возможностью комбинированного пуска по напряжению от стороны низшего напряжения (по дискретному входу). Предусмотрен автоматический ввод ускорения при включении вы-ключателя ВН. Имеется возможность блокировки МТЗ ВН по содержанию второй гармоники для отстройки от бросков тока намагничивания.

1.1.7.7 Внутренняя цифровая сборка токовых цепей ВН в треугольник и возможность использования полученных токов для реализации ступеней МТЗ ВН.

1.1.7.8 Одна ступень ненаправленной МТЗ низшей стороны трансформатора с воз-можностью комбинированного пуска по напряжению от стороны низшего напряжения (по дискретному входу). Действие на отдельное реле и на общие реле отключения с разными временами. Предусмотрен автоматический ввод ускорения при включении выключателя НН. Имеется возможность блокировки МТЗ НН по содержанию второй гармоники для отстройки от бросков тока намагничивания при подаче напряжения со стороны НН.

1.1.7.9 Защита от перегрузки с действием на сигнализацию.

1.1.8 Функции автоматики и сигнализации, выполняемые устройством:

1.1.8.1 Логика устройства резервирования при отказе выключателя стороны ВН (УРОВ ВН).

Функция УРОВ выполнена на основе индивидуального принципа, что подразумевает наличие независимой логики УРОВ на каждом присоединении. В случае необходимости, имеется возможность использования в централизованной схеме УРОВ.

БПВА. 656122.038 РЭ Стр. 9

Возможны следующие варианты работы схемы УРОВ:

-- с автоматической проверкой исправности выключателя (с контролем по току и предварительной выработкой команды отключения резервируемого выключателя);

-- с дублированным пуском от защит с использованием реле положения «Включено» выключателя (с контролем по току и контролем посылки отключающего импульса на отклю-чение выключателя от защит).

Для трансформаторов с высшим напряжением 35 кВ предусмотрен вариант упрощен-ного выполнения схемы УРОВ (без внешнего пуска схемы УРОВ, без дублированного пус-ка).

1.1.8.2 Входы отключения, предназначенные для подключения внешних защит. Реа-лизованы контроль входов по току, пуск схемы УРОВ от данных сигналов.

1.1.8.3 Управление схемой обдува по двум критериям - ток нагрузки и сигналы от датчиков температуры. Алгоритм обеспечивает управление многоступенчатым обдувом.

1.1.8.4 Контроль состояния трансформатора по ряду входных дискретных сигналов.

1.1.8.5 Выдача сигнала блокировки РПН при повышении тока нагрузки выше допу-стимого.

1.1.9 Дополнительные сервисные функции:

1.1.9.1 Два набора уставок с возможностью выбора текущего с помощью дискретного входа.

1.1.9.2 Аварийный осциллограф аналоговых и дискретных сигналов с возможностью гибкой настройки условий пуска, длины и количества осциллограмм.

1.1.9.3 Регистратор событий.

1.1.9.4 Оперативный ввод или вывод некоторых функций с помощью кнопок опера-тивного управления на передней панели устройства вместо традиционных накладок.

1.1.9.5 Регистрация и отображение большинства электрических параметров системы.

1.1.9.6 Входы с программируемой функцией, задаваемой потребителем (ранжируе-мые входы).

1.1.9.7 Два набора уставок с возможностью выбора текущего с помощью дискретного входа.

1.1.9.8 Программируемые реле с возможностью подключения к одной из выбранных точек функциональной схемы.

1.1.9.9 Программируемые светодиоды на лицевой панели с возможностью подключе-ния к одной из выбранных точек функциональной схемы и задания режима работы.

1.1.9.10 Возможность работы реле сигнализации «Сигнализация» в непрерывном или импульсном режиме работы.

1.1.9.11 Наличие трех независимых интерфейсов связи для встраивания в АСУ ТП и локального доступа к устройству через компьютер (интерфейс USB - на лицевой панели, два интерфейса RS485 - на задней панели устройства).

1.1.9.12 Возможность встраивания устройства в систему единого точного времени подстанции или станции. Для этого может использоваться один из каналов связи с интерфейсом RS485, либо специализированный дискретный вход, предназначенный для подачи на него синхроимпульса от системы единого времени.

Все внутренние регистрируемые события устройства сопровождаются меткой времени с точностью до 1 мс.

Дифференциальная защита.

Расчёт дифференциальной защиты начинается с определения токов в её плечах исходя из номинальной мощности силового трансформатора.

Ток срабатывания дифференциальной защиты рассчитывают по двум условиям:

1. Отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора

(6.1)

где Кн - коэффициент надежности, для микропроцессорных защит Кн=1,1;

Iн - номинальный ток силового трансформатора.

А

2. Отстройки от тока небаланса при внешних КЗ

(6.2)

где Iнб.расч - ток небаланса, протекающий в защите при сквозном КЗ, приведенный к главным цепям.

А

Расчетное значение тока небаланса можно определить по формуле

(6.3)

где Кодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при защите силовых трансформаторов Кодн = 1;

Ка - коэффициент, учитывающий влияния периодических составляющих: для Сириус-Т Ка =0,7;

? - относительная погрешность трансформаторов тока, в расчетах принимается ? = 0,1;

?Uр - относительная погрешность обусловленная РПН принимается равной половине суммарного диапазона регулирования напряжения, ?Uр=0,5.

А

Ток срабатывания защиты выбирается по наибольшему из двух полученных значений.

А

Размещено на Allbest.ru