Расчет токов короткого замыкания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Задание на расчет

1.1 Определить токи трёхфазного и однофазного короткого замыкания

1.2 Составить схемы защит трансформатора и линии 110 кВ по отдельным цепям

1.3 Рассчитать параметры срабатывания защит понижающего трансформатора и линии 110 кВ.

2. Исходные данные

Мощность трансформатора: Sтр=10 МВА;

Мощность системы: Sc=800 МВА;

Сопротивление прямой последовательности системы: x(1)c=0,5 О.е.;

Напряжение низкой стороны подстанции: Uнн.пс=6 кВ;

Тип реле дифференциальной защиты: ДЗТ-11;

Протяженность линии 110 кВ: lw=15 км.

Рис. 1. Схема сети

3. Определение типов защит, устанавливаемых на трансформаторе заданной мощности и питающей линии 110 кВ

Для защиты трансформатора 10 МВА применяют следующие виды защит:

- дифференциальная защита на реле ДЗТ-11;

- МТЗ от внешних КЗ;

- защиту от перегрузки;

- газовую защиту.

Для защиты питающей линии 110 кВ применяют следующие виды защит:

- двухступенчатая токовая защита от междуфазных КЗ (ТО и МТЗ);

- одноступенчатая дистанционная защита от междуфазных КЗ;

- двухступенчатую токовую защиту нулевой последовательности.

Защита линии выполняется на типовой панели ЭПЗ-1644.

4. Расчет токов короткого замыкания

4.1 Выбор базисных величин

По [2] выбираю трансформатор типа ТДН-10000/110 со следующими характеристиками:

Номинальная мощность: Sном.тр=10 МВА;

Пределы регулирования: ДU%=±9Ч1,78%

Номинальное напряжение: Uвн.ном=115 кВ, Uнн.ном=11 кВ;

Напряжение короткого замыкания: Uк=10,5 %;

Сопротивления обмоток трансформатора: Rтр=7,95 Ом, Xтр=139Ом.

Выбираю базисную мощность: Sб=Sс=800 МВА;

Выбираю базисные напряжения: Uб1=115 кВ, Uб2=11 кВ;

Базисные токи:

кА

кА

Базисные сопротивления:

- прямая последовательность:

о.е.

о.е., где

%

о.е., где

%

о.е.

- обратная последовательность: сопротивления обратной последовательности всех элементов равны сопротивлениям прямой последовательности этих же элементов;

- нулевая последовательность:

о.е.

о.е.

о.е.

4.2 Расчет токов трехфазных КЗ

- расчет токов трехфазных коротких замыканий в точках К-1 и К-2

- точка К-1

- нормальный режим

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 2. Схема замещения сети для расчета тока короткого замыкания в точке К-1  о.е.

кА

кА

- режим, когда перемычка включена, работает одна линия на два трансформатора.

В этом режиме токи КЗ будут равны токам КЗ в нормальном режиме.

- точка К-2

- нормальный режим

о.е.

кА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.3. Схема замещения сети для расчета тока трехфазного КЗ в точке К-2 при нормальном режиме работы этой сети

- режим, когда перемычка включена, работает одна линия на два трансформатора.

В этом режиме токи КЗ будут равны токам КЗ в нормальном режиме.

4.3 Расчет токов однофазных КЗ

- нормальный режим

- одофазное КЗ в точке К-2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Схемы замещения прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей для расчета токов однофазного КЗ в точке К-2 при нормальном режиме работы сети

о.е.

о.е.

о.е.

кА

о.е.

о.е.

о.е.

кА

- однофазное КЗ в точке К-3

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Схемы замещения прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей для расчета токов однофазного КЗ в точке К-3 при нормальном режиме работы сети

 о.е.

о.е.

о.е.

кА

о.е.

о.е.

кА

кА

кА

- режим, когда перемычка включена, работает одна линия и два трансформатора

- однофазное КЗ в точке К-2



Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 6. Схемы замещения прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей для расчета токов однофазного КЗ в точке К-2 при работе одной линии на два трансформатора

о.е.

о.е.

о.е.

кА

о.е.

о.е.

о.е.

кА

кА

кА

- однофазное КЗ в точке К-3

о.е.

о.е.

о.е.

кА

о.е.

о.е.

о.е.

кА

кА

кА

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 7. Схемы замещения прямой (а), обратной (б) и нулевой (в) последовательностей для расчета токов однофазного КЗ в точке К-3 при нормальном режиме работы сети

Результаты расчета токов трехфазных КЗ Табл. 1.

Режим	Элемент	К-1	К-2
		о.е.	кА	о.е.	кА
			ВН	НН		ВН
Нормальный режим или режим “одна линий, два трансформатора”	Линия	0,06	0,241	2,519	1,159	4,659
	Трансформатор

Результаты расчета токов однофазных КЗ Табл. 2.



Режим	Элемент	К-2	К-3
		о.е.	кА	о.е.	кА
			ВН	НН		ВН	НН
Нормальный режим	3I(0)	0,955	3,839	---	2,125	8,543	---
	IW	0,901	3,622	---	0,03	0,121	---
	IT	0,054	0,217	2,267	0,03	0,121	1,26
Режим “одна линия, два трансформатора”	3I(0)	1,018	4,092	---	2,119	8,518	---
	IW	0,92	3,698	---	0,054	0,217	---
	IT	0,049	0,197	2,057	0,027	0,109	1,134

5. Расчет защит трансформатора

5.1 Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11

- расчет средних номинальных токов трансформатора:

А

А

- выбор трансформаторов тока:

Выбираю стандартные значения коэффициентов трансформации:

- вторичные токи в плечах защиты

А

А

- первичный ток небаланса без учета третьей составляющей

А, где

А

А

- ток срабатывания защиты выбираем только по условию отстройки от броска тока намагничивания

А

-ток срабатывания реле

А

Определение числа витков обмоток НТТ Табл. 3.

№, п/п	Обозначение величины и расчетное выражение	Численное значение
1		витка
2	(ближайшее меньшее число)	15 витков
3		А
4		А
5		А
6		витка
7	(ближайшее целое число)	19 витков
8		А
9		62,708 +11,213=73,921 А
10	Окончательно принятые числа витков: =19 витка =15 витков
11	Проверка по намагничивающим силам

- определяем число витков тормозной обмотки

Витков принимаю стандартное число витков тормозной отботки, равное 12 виткам.

Проверим защиту по чувствительности.

Проверять будем при:

- КЗ за трансформатором в зоне действия защиты, когда ток повреждения проходит только через трансформаторы тока стороны 110 кВ и торможение отсутствует

защита проходит по чувствительности к КЗ на вывода низкого напряжения

- однофазном КЗ на стороне 110 кВ в зоне действия защиты

защита проходит по чувствительности к однофазному КЗ на выводат высокого напряжения.

5.2 Максимальная токовая защита от междуфазных КЗ

Ввиду того что заданный трансформатор обладает расщепленной обмоткой необходимо устанавливать три комплекта МТЗ: по одному на каждый из выводов трансформатора.

- расчет уставок реле для комплектов на низкой стороне

А

А

- проверка чувствительности

защита проходит по чувствительности.

- уставка по времени срабатывания

tмтз.тр.нн=tотх.прис+Дt=1,5+0,5=2,0 сек

- расчет уставок реле для комплекта на высокой стороне.

Согласуем ток срабатывания защиты с током срабатывания защиты комплекта на низкой стороне

А

А

проверка чувствительности

Защита проходит по чувствительности.

уставка по времени

tмтз.тр.вн=tмтз.тр.нн+Дt=2,0+0,5=2,5 сек

5.3 Максимальная токовая защита от перегрузок

Защита от перегрузок действует на сигнал. Так как нагрузка обычно симметрична, то достаточно установить пусковой орган только в одну фазу. Эту защиту устанавливаем на те же ТА, что и другие защиты.

А

А

Эта защита по чувствительности не проверяется.

Уставка по времени

tмтз.от перегрузок=tмтз.тр.вн+Дt=2,5+0,5=3,0 сек

5.4 Газовая защита

На трансформатор данной мощности по требованиям ПУЭ устанавливают газовую защиту. Эта защита работает на неэлектрическом принципе и в качестве пускового органа используется “чашечное” реле типа РГЧЗ.

6. Расчет защит питающей линии 110 кВ

расчет ток дифференциальная защита

6.1.1 Расчет первой ступени токовой защиты линий от междуфазных КЗ - токовая отсечка

- отстройка от излишнего срабатывания при КЗ на низкой стороне трансформатора

А

- отстройка от излишнего срабатывания при бросках тока намагничивания

А

Выбираю большее из условий: IСР.З.=401,632 А

Выберем трансформаторы тока:

Выбираю стандартный kТА3=100/5=20

А

Проверка чувствительности

Защита проходит по чувствительности.

В данном случае ТО будет основной, а МТЗ -резервная.

6.1.2 Расчет второй ступени токовой защиты линий от междуфазных КЗ - максимальной токовой защиты

А

А

Уставка по времени:

tмтз.линии=tмтз.тр.вн+Дt=2,5+0,5=3,0 сек

Проверка чувствительности:

Защита проходит как основная, и как резервная.

6.2 Расчет одноступенчатой дистанционной защиты от междуфазных КЗ

Дистанционная защита является резервной защитой к защитам линии и трансформатора.

- определим наименьшее сопротивление нагрузки

кОм

- сопротивление срабатывания защиты

кОм

-уставка по времени: tдист=tмтз.тр.вн.+Дt=2,5+0,5=3,0 сек

- проверка чувствительности

, где

Ом;

Ом

Защита проходит по чувствительности.

6.4 Расчет токовой отсечки нулевой последовательности

6.4.1 Расчет первой ступени токовой отсечки нулевой последовательности

Определяем ток срабатывания защиты по необходимому коэффициенту чувствительности.

А

Отстраиваемся от бросков тока намагничивания:

А

В данном случае определяющим получается условие отстройки от бросков тока намагничивания. Чтобы исключить из рассматриваемого случая это условие достаточно установить небольшую выдержку времени на действие этой защиты. Тогда определяющим станет первое условие, а его по чувствительности не проверяем.

6.4.2 Расчет второй ступени токовой отсечки нулевой последовательности

-ток срабатывания защиты

- время срабатывания

tтонп2=tтонп1+Дt=0,15+0,5=0,65 сек

- коэффициент чувствительности

- проверка поведения защиты при КЗ за спиной комплекта

А> А

Можно загрубить защиту по току и отстроится от , при этом снизится чувствительность.

 А

- коэффициент чувствительности

И в этом случае защита проходит по чувствительности.

Краткое описание работы схемы защиты линии 110 кВ

Токовая отсечка является основной защитой от междуфазных КЗ. При КЗ на линии срабатывают реле KA1; КА2. Замыкается цепь промежуточного реле KL1, срабатывает YAT1 и отключается выключатель. Действие токовой отсечки фиксируется с помощью реле KH1.

МТЗ и дистанционная защита являются резервными для токовой защиты и защит трансформатора от междуфазных КЗ.

При однофазных КЗ первая ступень земляной защиты обеспечивает быстродействующее отключение наиболее тяжелых КЗ (реле КА5 и реле сигнализации КН3). Вторая ступень обеспечивает полную защиту линии 110 кВ и является резервной для трансформатора (реле КА6). Работа в этом случае фиксируется с помощью реле КН4.

Краткое описание работы схемы защиты линии 110 кВ

Токовая отсечка является основной защитой от междуфазных КЗ. При КЗ на линии срабатывают реле KA1; КА2. Замыкается цепь промежуточного реле KL1, срабатывает YAT1 и отключается выключатель. Действие токовой отсечки фиксируется с помощью реле KH1. Учтена так же отстройка от токов намагничивания с помощью реле КТ5.

МТЗ и дистанционная защита являются резервными для токовой защиты и защит трансформатора от междуфазных КЗ.

При однофазных КЗ первая ступень земляной защиты обеспечивает быстродействующее отключение наиболее тяжелых КЗ (реле КА5 и реле сигнализации КН3). Вторая ступень обеспечивает полную защиту линии 110 кВ и является резервной для трансформатора (реле КА6). Работа в этом случае фиксируется с помощью реле КН4.

Рис. 11. Схема защиты линии 110 кВ. а) цепи переменного тока; б) цепи оперативного тока; в) цепи напряжения; г) цепи сигнализации

Краткое описание работы схемы:2

- при срабатывании ТО замыкаются контакты КА1 и КА2, реле времени с выдержкой времени замыкает свои контакты КТ1, подавая сигнал на отключение Q1. действие фиксирует КН1

- при срабатывании МТЗ, замык. КА3, КА4 и с выдержкой времени КТ3 подает сигнал на откл.

- при срабатывании дистанционной защиты, реле KZ2, KZ2, KZ3 замык. И с выдержкой времени подает сигнал на KL2, которое замык. цепь откл. Q1.

- при действии направленной токовой защиты НП срабатывают KW и КА6 и с выдержкой времени КТ5 подает сигнал на отключение Q1.

Рис. 9. Схема защиты трансформатора: цепи переменного тока

KAW1, KAW2 - продольная дифференциальная защита.

KA5, КА6 - МТЗ на НН2

КА7 - защита от перегрузки на НН1

КА8 - защита от перегрузки на НН2

КА9 - контроль тока в цепях отключения отделителя

YAC - электромагнит включения QN

YAT - электромагнит отключения Q

Рис. 10. Схемы защиты трансформатора: а) цепи оперативного тока; б) цепи напряжения; в) цепи сигнализации

Краткое описание работы схемы:

- при срабатывании диф. защ. контакты KAW1 и KAW2 замыкаются, срабатывает KL1 и подает сигнал на отключение Q2 и Q3. Затем включается QN и в бестоковую паузу паузу отключается QR. Действие фиксирует КН1

- при срабатывании МТЗ трансформатора на ВН, замыкаются контакты КА1 и КА2 и далее замыкаются контакты КТ1 с выдержкой времени и идет сигнал на отключение Q2 и Q3 и включение QN. Действие фиксирует КН2.

- при срабатывании МТЗ трансформатора на НН1 (НН2), замыкаются контакты КА3 и КА4(КА5 и КА6) и далее с выдержкой времени и идет сигнал на отключение Q2 и Q3 и включение QN.

- при перегрузке замыкаются контакты КА7, КА8 и подает сигнал.

- при срабатывании газового реле нижний контакт KSG2 действует на промежуточное реле KL4, которое действует на включение QN. При включении QN перебрасываются его вспомогательные контакты, срабатывает реле KQC4 и отключает Q2, Q3. Действие фиксирует КН7.

Литература

Расчет релейной защиты и автоматики распределительных сетей.- Шабад М. А., 3-е издание, переработанное и дополненное.-Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. - 296 с., ил.

Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР.-6-е. изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздатб 1986.

Релейная защита и автоматика. - курс лекций.

Справочник по проектированию электроэнергетических систем .- под ред. С. С. Рокотяна., М.: Энергоатомиздат, 1985.

Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.- Неклепаев Б. Н., Крючков И. П., 4-е издание, переработанное и дополненное. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru