Расчет схем автоматического повторного включения и автоматического включения резерва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти и науки України

Чернігівський національний технологічний університет

Кафедра: електричних систем і мереж

РОЗРАХУНКОВО - ГРАФІЧНА РОБОТА

з дисципліни: “Автоматика в електроенергетичних системах”

Чернігів 2016

Содержание

Задание

1. Исходные данные

2. Выбор схемы и рассчет уставок элементов схемы АПВ

2.1 Выбор схемы АПВ

2.2 Расчет уставок элементов схемы АПВ

3. Выбор схемы и рассчет уставок элементов схемы АВР

3.1 Выбор схемы АВР

3.2 Выбор уставки схемы АВР

Перечень используемой литературы

Задание

1. Для спроектированной, в курсовом проекте по дисциплине "Электрические станции и подстанции", и рассчитанной в курсовом проекте по дисциплине "Электрические сети и системы" электрической сети предложить, обосновать и рассчитать уставки элементов схемы АПВ воздушных линий, питаючих потребителей спроектированной подстанции.

2. Для спроектированной, в курсовом проекте по дисциплине "Электрические станции и подстанции" предложить, обосновать и рассчитать уставки элементов схемы АВР.

1. Исходные данные

В курсовом проекте по дисциплине "Электрические станции и подстанции" была выбрана подстанция 110/10 кВ. Схема выбранной подстанции на стороне 110 кВ зображена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Схема подстанции на стороне 110 кВ

Коммутационными аппаратами на стороне 110 кВ были выбраны элегазовые выключатели 3АР1FG-145 кВ, фирмы SIEMENS, 2000 А, с параметрами: U_н = 110 кВ; I_н = 2000 А; I_{н откл} = 25 кА; І_дин.ст. = 108 кА; I_т = 40 кА; t_c.откл. = 0,035 с; t_с.вкл =0,063 с; t_{полн.откл.} = 0,057; t_{бесток.пауза} = 0,3 с; в_н = 20%, Номинальный рабочий цикл О-0,3с-ВО-180с-ВО

Схема подстанции на стороне низшего напряжения изображена на рисунке 1.2

Рисунок 1.2 - Схема подстанции на стороне 10 кВ

Коммутационными апаратами на стороне 10 кВ п/ст. 110/10 являются выключатели ВВЭ-М 10-20-1000-УТ с такими техническими данными:; ; ; %; ; ; ; с; ; ;

Номинальный рабочий цикл О-0,3с-ВО-180с-ВО

2. Выбор схемы и рассчет уставок элементов схемы АПВ

2.1 Выбор схемы АПВ

Значительная часть коротких замыканий (КЗ) на воздушный линиях электропередачи (ВЛ), вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняется. При этом электрическая дуга, возникшая в месте КЗ, гаснет, не успевая вызвать существенных разрушений, препятствующих обратному включению линии под напряжение. Такие самоустраняющиеся повреждения принято называть неустойчивыми. Статистические данные о пов-реждаемости ВЛ за многолетний период эксплуатации показывают, что доля неустойчивых повреждений весьма высока и составляет 50--90%.

Схемы АПВ в зависимости от конкретных условий могут существенно отличаться одна от другой. Однако все они должны удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Схемы АПВ должны приходить в действие при аварийном отключении выключателя (или выключателей), находившегося в работе. В некоторых случаях схемы АПВ должны удовлетворять дополнительным требованиям, при выполнении которых разрешается пуск АПВ: например при наличии или, наоборот, при отсутствии напряжения, при наличии синхронизма, после восстановления частоты и т. д.

2. Схемы АПВ не должны приходить в действие при оперативном отключении выключателя персоналом, а также в тех случаях, когда выключатель отключается релейной защитой сразу после его включения персоналом (т. е. при включении выключателя на КЗ), поскольку повреждения в этом случае обычно бывают устойчивыми. В схемах АПВ должна также предусматриваться возможность запрета действия АПВ при срабатывании отдельных защит. Так, например, как правило, не допускается действие АПВ трансформаторов при внутренних повреждениях в них, когда срабатывает газовая или дифференциальная защита. 

В отдельных случаях не допускается действие АПВ линий при срабатывании дифференциальной защиты шин.

3. Схемы АПВ должны обеспечивать определенное количество повторных включений, т. е. действие с заданной кратностью. Наибольшее распространение получило АПВ однократного действия. Применяются также АПВ двукратного, а в некоторых случаях и трехкратного действия.

4. Время действия, как правило, должно быть минимально возможным, для того чтобы обеспечить быструю подачу напряжения потребителям и восстановление нормального режима работы. Наименьшая выдержка времени, с которой производится АПВ на линиях с односторонним питанием, принимается 0,3-0,5 с. Вместе с тем в некоторых случаях, когда наиболее вероятны повреждения, вызванные набросами и касаниями проводов передвижными механизмами, целесообразно для повышения успешности АПВ принимать выдержки времени порядка нескольких секунд.

5. Схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение готовности к новому действию после включения в работу выключателя, на который действует АПВ.

Промышленностью длительное время выпускалось типовое релейно-контактное автоматическое устройство - реле повторного включения однократного РПВ-58 и двукратного РПВ-258 действия. Находятся в эксплуатации релейно-контактные устройства БАПВ и ОАПВ линий напряжением 500 кВ.

Современная автоматика повторного включения представляется микросхемными реле повторного включения РПВ-01 и РПВ-02, панелями комплексных бесконтактных автоматических устройств ПДЭ 2004.01 и ПДЭ 2004.02 и разработанными микропроцессорными программными устройствами повторного включения. Выбираем реле РПВ-01, так как оно обладает элементом быстродействия БАПВ, что позволит выключателю срабатывать без задержки и уменьшит время включения. На рисунке 2.1 приведена электрическая схема подключения реле РПВ-01

Рис. 2.1 Схема подключения реле повторного включения РПВ-01

Реле РПВ-01 и РПВ-02 выполнены на интегральных микросхемах и на унифицированной конструкции. Для гальванического отделения цепей реле от источников входных сигналов и выходных цепей включения выключателя используются электромагнитные реле с герметизированными контактами (герконы) и выходное реле с двумя обычными контактами.

В функциональной схеме автоматического устройства РПВ-01 (рис. 2.2) различаются элементы формирования (контактами) дискретных потенциальных сигналов, а именно: пуска ЭП контактом КL₁, запрета действия ЗД, разрешения подготовки к новому действию - возврату в исходное состояние РВ, защитного сигнала, предотвращающего ложные действия РПВ при перерывах его питания от источника постоянного напряжения Еп (элемент ЗП), элемент управления ЭУ выходным реле KL₂ и элемент информации о действии РПВ (сигнализации) ИЭ.

Рис. 2.2 Функциональная схема микросхемного устройства реле автоматического включения РПВ-01

Схема РПВ-01 содержит элементы формирования сигналов включения выключателей без выдержки времени БАПВ и АПВ с выдержкой времени, элемент однократности действия (запрета) ЭОД, элемент подготовки к новому действию ПД и элемент выдержек времени ЭВ срабатывания tc и подготовки к новому действию (возврата) tв.

Функции названных элементов, кроме контактных, выполняются взаимодействующими дискретными интегральными микросхемами DX (И) серий К175, К176, реализующими логические операции совпадения сигналов (логических единиц) и их отрицания  (И-НЕ). На функциональной схеме показан, например, синтезированный из двух микросхем  и DU (НЕ) элемент логического перемножения (конъюнкции) дискретных потенциальных сигналов DX₁.

Элемент выдержки времени выполнен на пассивных RC-интеграторах и активном элементе сравнения постоянного напряжения, получаемого от источника питания, с напряжением на заряжающемся конденсаторе релейного действия на основе интегрального операционного усилителя типа К553УД1 в дифференциальном включении, охваченного положительной обратной связью. Заряд конденсаторов от транзисторных источников токов обеспечивает линейное нарастание напряжений на них и, следовательно, более высокую, чем при экспоненциальном нарастании, четкость срабатывания бесконтактного реле времени. Источники токов включаются и отключаются дискретно изменяющимися напряжениями на выходах логических интегральных микросхем. Элемент запрета ЭОД, обеспечивающий однократность действия РПВ, содержит интегральные триггеры DS для запоминания сигнала.

В элемент управления (ЭУ) выходным электромагнитным реле KL₂ входит выходной транзистор VT, переключаемый в открытое состояние дискретно изменяющимся током, возбуждаемым напряжением на выходе логической интегральной микросхемы .

Реле KL₂ имеет две обмотки, вторая из них (токовая) - удерживающая - включается последовательно в цепь управляющего воздействия УВ на возбуждение контактора электромагнита включения выключателя линии электропередачи, трансформатора, шин электростанции. Информационный элемент (ИЭ) выполнен на интегральных транзисторных переключателях и светодиодах.

На вход РПВ поступают дискретные потенциальные сигналы от цепей управления выключателем: сигнал пуска СП возникает при несоответствии положений ключа управления (включено) и выключателя (отключен); сигнал на разрешение подготовки к включению СРВ - от ключа управления включением выключателя; сигналы запрета СЗ действия РПВ - от ключа управления отключением выключателя, от устройств релейной защиты, срабатывающих только при внутренних повреждениях трансформатора, от дифференциальной защиты шин электростанции (кроме РПВ выключателя, предназначенного для их опробования).

На вход элемента ЗП защиты от неправильного действия при перерывах питания схемы поступает напряжение Еп от источника оперативного тока. При его наличии РПВ готово к действию, т. е. находится в состоянии ожидания (геркон ЗП разомкнут).

При поступлении сигнала пуска срабатывает реле КL₁ элемента ЭП и возбуждает элемент БАПВ, выходной дискретный сигнал которого проходит через логическую микросхему  элемента управления ЭУ, благодаря поступлению на второй ее вход сигнала от ЭП. Появляющееся напряжение относительно отрицательного потенциала эмиттера VT на выходе  (нулевой потенциал) возбуждает ток через эмиттерный переход транзистора, переключающий его в открытое состояние; выходное реле KL₂ срабатывает и возбуждает соответствующую цепь УВ управления воздушным выключателем линии электропередачи, осуществляющим БАПВ.

Элемент БАПВ одновременно переключает триггер DS сигналом, поступающим на его вход записи S, напряжение на выходе которого, появляющееся с небольшой задержкой t_з, убирает, воздействуя на инверсный вход  (ЗАПРЕТ), выходной сигнал БАПВ, обеспечивая однократность его действия.

Ускорение защиты до и после автоматики повторного включения

Ускорение защиты после АПВ. Автоматическое ускорение действия защиты при АПВ применяется для ускорения ликвидации КЗ и повышения надежности работы энергосистемы и потребителей. Ускорение защиты после АПВ предусматривается, как правило, на всех линиях как мера повышения надежности защиты линии в целом.

На рис. 2.2, а показана схема ускорения защиты после АПВ. Цепь ускоренного действия нормально разомкнута контактом промежуточного реле ускорения KL2.1, которое срабатывает перед повторным включением выключателя и, имея замедление на возврат, держит свой контакт замкнутым в течение 0,7-1 с. Поэтому если повторное включение происходит на устойчивое КЗ, защита второй раз подействует без выдержки времени по цепи ускорения через контакт KL2.1 и мгновенный контакт КТ1 реле времени. В качестве реле ускорения обычно используется реле типа РП-252.

а б

Рис. 2.2 Схема ускорения действия защиты: а - после АПВ; б - до АПВ

2.2 Расчет уставок элементов схемы АПВ

Выдержка времени однократного АПВ должна отвечать двум требованиям: автоматический реле резерв выключатель

- выдержка времени АПВ tАПВ-1 должна быть больше выдержки времени готовности для повторного включения привода отключившегося выключателя:

tАПВ-1 ? tготов.прив. + tзап.;

где: tготов.прив - время готовности привода, которое для различных видов приводов может быть в пределах от 0,2 …1 с, для выключателя ВВЭ-М 10-20-1000-УТ tготов.прив = 0,2 с.

tзап - время запаса, которое выбирается в диапазоне от 0,3…0,5 с.

Таким образом:

tАПВ-1 = 0,2 + 0,5 = 0,7 с.;

- выдержка времени АПВ должна быть больше выдержки времени от момента погасания электрической дуги в месте КЗ до полного восстановления изоляционных свойств воздуха (время деионизации воздуха):

tАПВ-1 ? tд. + tзап.;

где: tд. - время деионизации, составляющее для сетей 6-35кВ= 0,08 c;

tзап - время запаса, которое принимается в диапазоне 0,3…0,5 с.

Выбираем максимальную выдержку времени:

tАПВ-1 = 0,08 + 0,5 = 0,58 с.;

За уставку принимается большее из полученных значений tАПВ-1.

АПВ = 0,7 с.

Время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение выбирается исходя из необходимости обеспечения однократного действия АПВ при повторном включении на устойчивое КЗ и, соответственно, должна быть отстроена от наибольшей выдержки времени действия РЗА в этом режиме:

tгот.АПВ-1 ? tзащ. + tоткл. + tзап.;

где tзащ. - наибольшая выдержка времени защиты действующей на отключение в сетях 6-10кВ , tзащ = 2с);

tоткл - время отключения выключателя (для ВВЭ-М 10-20-1000-УТ tоткл = 0,04 с.);

tзап. - время запаса, которое принимается равным от 0,3 до 0,5 с.

Время автоматического возврата схемы АПВ:

tгот.АПВ-1 = 2 + 0,04 + 0,5 = 2,54 с.

Время заряда конденсатора устройств АПВ (РПВ-01, РПВ-58) составляет 15-20с ? 2,54с - время автоматического возврата схемы АПВ в исходное положение.

3. Выбор схемы и рассчет уставок элементов схемы АВР

3.1 Выбор схемы АВР

Требования к системам АВР.

1. АВР действует при исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине.

2. Включение АВР производится как можно быстрее, сразу после отключения рабочего источника питания.

3. АВР действует однократно. Это требование обусловлено недопустимостью многократного включения резервных источников в систему с неустранённым коротким замыканием.

4. Включение резервной линии не должно произойти ранее, чем отключится выключатель основной линии.

5. АВР действует только при отключении (аварии) на питающей линии (не на отходящих линиях, так как в этом случае включение на К3 не имеет смысла, так как срабатывает защита и на резервной линии).

6. Для того чтобы схема АВР действовала при отключении напряжения на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель остается включенным, схема АВР должна дополняться специальным пусковым органом минимального напряжения.

7. Для ускорения отключения резервного источника при его отключении на неустранившимся КЗ должно предусматроваться ускорение защиты после резервного источника после АВР. Это особенно важно в тех случаях, когда потребители потерявшие питание, подключаются к другому источнику, несущему нагрузку. Ускоренная защита обычно дествует по цепи ускорения без выдержки времени.

Оперативный ток для АВР - постоянный или переменный.

Время срабатывания АВР зависит от количества и мощности электродвигателей, при пуске которых может произойти посадка напряжения, коэффициента срабатывания реле напряжения и допустимой величины минимального напряжения.

Так как значительная часть потребителей относится к первой категории, выбираем схему АВР двухстороннего действия. В этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной.

Автоматическое включение секционного (или шиносоединительного) выключателя.

На двухтрансформаторных подстанциях секции сборных шин, как правило, питаются раздельно; секционные выключатели находятся в отключенном положении с действием на них АВР.

Рисунок 3.1 Схема питания двух секций с неявным резервированием

До цикла АВР каждый трансформатор работает на нагрузку своих потребителей, подключенных к секции рис.3.1. Секционный выключатель (СВ-10 )нормально отключен. В аварийном режиме оба трансформатора взаимно резервируют друг друга.

,

Рисунок 3.2 - Схема АВР секционного выключателя

На рисунке 3.2 показана упрощенная схема АВР. При отключении одного из трансформаторов, например Т1, вспомогательные контакты выключателя В2.3 размыкают цепь реле KLT. Контакты В2.4 замыкаются и подают напряжение на промежуточное реле KL1, которое срабатывает и своими контактами замыкает цепь питания катушек включения выключателей YAC3, YAC4, YAC5.

Для быстрого отключения секционного выключателя при его включении на неустранившееся КЗ предусматривается ускорение действия максимальной токовой защиты секционного выключателя после АВР.

Аналогичным образом трансформатор Т2 резервируется трансформатором Т1.

3.2 Выбор уставки схемы АВР

Выдержка времени промежуточного реле однократности включения (для того чтобы не допустить нескольких включений резервного источника на неустраненное короткое замыкание)  от момента снятия напряжения его обмотки до размыкания контакта должна с некоторым запасом превышать время включения выключателя резервного источника питания

,

где  - время включения выключателя резервного источника питания, если выключателей два, то выключателя, имеющего большее время включения;  - время запаса, принимаемое равным 0,3 - 0,5 с.

где: tвкл - время включения выключателя резервного источника питания (у выключателя ВВЭ-М 10-20-1000-УТ tвкл = 0,01 с);

Выдержка времени промежуточного реле однократности включения: tО.В. = 0,01 + 0,5 = 0,51 с.

Минимальное напряжения срабатывания пускового органа

Перечень используемой литературы

1. Павлов Г.М. Меркурьев Г.В Автоматика енергосистем

2001. 388с. Издат-во: НОУ "Центр подготовки кадров энергетики " Санкт-Петербург

2. Автоматика энергосистем: Учеб. для техникумов/ М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А. Семенов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240 с.

3. Методические указания к рас чету и выбору уставок защит и автоматики устройств серии БЭМП РУ. БКЖИ.656316.004 РУ

4. Правила устройства электроустановок. - М.: Кнорус, 2009. - 488 с

Размещено на Allbest.ru