Задание на курсовую работу

На рисунке 1 представлена схема распределительной сети электрической энергии промышленного предприятия и виды его нагрузки. С шин системных подстанций А и Б электрическая энергия по линиям высокого напряжения (Л1…Л4) поступает на секционированные шины В главной понизительной подстанции предприятия (ГПП), с них часть электрической энергии подается через выключатели  Q13 и Q14 другим потребителям. Далее трансформируемая энергия на напряжении 10 кВ подается через кабельные линии (Л5, Л6) на распределительные (цеховые) пункты (РП1, РП2), с которых осуществляется питание конкретных потребителей:

— конденсаторных батарей – БСК;

— высоковольтных двигателей – Д;

— низковольтных двигателей – М;

— дуговых сталеплавильных печей – ДСП – через их трансформаторы Т4;

— преобразовательных полупроводниковых агрегатов – ППА.

Необходимо выбрать типы защит всех элементов приведенной схемы в соответствии с ПУЭ /1/ и в условном изображении нанести их на схему; произвести полный расчет защит следующих объектов (см. рисунок 1):

— силового трансформатора Т1 (выключатель Q16),

— воздушных линий Л1 и Л2 (выключатели Q1 и Q5),

— кабельной линии Л5 (выключатель Q21),

— сборных шин (секционный выключатель Q15),

— трансформатора Т3 (выключатель Q30),

— двигателя Д (выключатель Q29);

изобразить полную схему защиты трансформатора Т1 и двигателя и составить спецификацию на реле; выбрать тип трансформатора тока 17 и определить сечение контрольного кабеля в его вторичных цепях (кабель медный длиной 10 м).

 

Внимание!

Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ работы №2350, цена оригинала 500 рублей. Оформлена в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

Исходные данные для расчетов приведены в таблицах 1 — 6.

Таблица 1 – Система и сеть А-Б-В

Мощность КЗ систем, МВА

UЛ, кВ

Длина, км

Переда- ваемая мощ- ность, МВА

Мощ- ность, забира- емая ГПП, МВА

Кол-во отходя- щих тран- зитных линий

Мощ- ность Т1, Т2, МВА

Кол-во и мощ- ность Т3, МВА

Система 1

Система 2

режимы

режимы

макс

мин

макс

мин

Л1,2

Л3,4

А-В

Б-В

1500

1100

1800

1400

220

35

43

82

95

8,5

7

2×100

7×2,5

Таблица 2 – Характеристики трансформаторов

Т1, Т2				Т3
Тип	Мощность S, МВА	uК, %	Пределы регули- рования DU, %	Тип	Мощность S, МВА	uК, %
ТРДЦН-100000/220	100	12,5	12	ТМ-2500/10	2,5	6,5

 

Таблица 3 – Выдержки времени защит и параметры отходящих линий от шин               подстанции Г

Выдержки времени защит на Q, с								Л5					Л6
9	10	11	12	13	14	22	24	Дли- на, км	К-во КЛ	Ма- те- ри- ал	Се- че- ние, мм2	КСЗ	Дли- на, км	К-во КЛ	Ма- те- ри- ал	Се- че- ние, мм2	КСЗ
2,0	2,5	2,5	2,0	1,5	1,0	0,8	1,0	1,9	3	М	240	4,1	1,7	12	М	240	2,0

Таблица 4 – Нагрузки на шинах РП1 и РП2

Двигатели 10 кВ				БСК	ДСП
Тип	Количество	Мощность РНОМ, кВт	Коэф- фициент пуска КП	Q, квар	Количество	SНОМ, МВА
СТД	2	6300	6,2	5000	3	25

 

Таблица 5 – Электродвигатель с номинальным напряжением U_Н = 380 В

Тип	РНОМ, кВт	CosjНОМ	h, %	КПУСК	Длина кабеля Л7, м
4 А280 М 8У3	75	0,85	92,5	5,5	18

 

Таблица 6 – Параметры преобразовательного агрегата

Тип	Назначение	Выпр. напр. UdНОМ, В	Выпр. ток IdНОМ, А	Напряжение питания, кВ	Схема выпрямления
АТ	Питание якорных цепей электродви- гателей постоянного тока	300	12500	10	Трехфазная мостовая

 

Защиты выполняются на постоянном оперативном токе.

 Рисунок 1- Схема распределительной сети.

 

1.Расчет токов короткого замыкания

Величина токов короткого замыкания влияет на значение тока срабатывания ряда защит, кроме того, они необходимы для вычисления коэффициентов чувствительности выбранных защит.

Необходимо определить значения токов короткого замыкания на шинах А, Б, В, Г, РП, Е в максимальном и минимальном режимах систем. Для максимального режима достаточно иметь токи трехфазного короткого замыкания, для минимального – токи двухфазного короткого замыкания.

При расчете токов короткого замыкания мощности короткого замыкания систем 1 и 2 считаем бесконечными, то есть не учитываем изменение тока короткого замыкания во времени. При расчетах принимаем среднее значение напряжения сети: U_СР1 = 230 кВ и U_СР2 = 10,5 кВ.

Для определения величин токов короткого замыкания следует сначала определить сопротивления элементов схемы. Расчет будем производить в относительных единицах при S_Б = 100 МВА.

1.1           Расчет сопротивлений элементов схемы

Удельное индуктивное сопротивление воздушных линий Л1, Л2, Л3 и Л4 принимаем x_0Л1 = x_0Л2 = x_0Л3 = x_0Л4 = 0,4 Ом/км, активным сопротивлением пренебрегаем.

Сопротивление воздушных линий Л1 и Л2:

о.е.,

здесь L₁ – длина линии Л1, км;

S_Б – базисная мощность, ВА;

U_СР1 – среднее напряжение линий Л1 и Л2,  В.

Сопротивление воздушных линий Л3 и Л4:

о.е.,

здесь L₃ – длина линии Л3, км;

S_Б – базисная мощность, ВА;

U_СР1 – среднее напряжение линий Л3 и Л4,  В.

Согласно /2/ для кабеля марки М-240 удельное индуктивное сопротивление x_0Л5 = x_0Л6 = 0,075 Ом/км, удельное активное сопротивление r_0Л5=r_0Л6 =0,129 Ом/км.

Индуктивное сопротивление кабельной линии Л5:

о.е.,

здесь L₅ – длина линии Л5, км;

U_СР2 – среднее напряжение линий Л5 и Л6,  В.

Активное сопротивление кабельной линии Л5:

о.е..

Индуктивное сопротивление кабельной линии Л6:

о.е.,

здесь L₆ – длина линии Л6, км.

Активное сопротивление кабельной линии Л6:

о.е..

Сопротивления трансформаторов Т1 и Т2:

о.е.,

здесь u_К% — напряжение короткого замыкания трансформаторов Т1 и Т2, %;

S_Т1 – номинальная мощность трансформатора Т1,  ВА.

Сопротивление трансформатора Т3:

о.е.,

здесь u_К% — напряжение короткого замыкания трансформатора Т3, %;

S_Т3 – номинальная мощность трансформатора Т3,  ВА.

1.2           Расчет величин токов КЗ

Величину токов короткого замыкания определим для следующих режимов:

— в максимальном режиме все линии и трансформаторы включены на параллельную работу, секционные выключатели отключены;

— в минимальном режиме отключены линии Л2 и Л4, секционные выключатели отключены;

— в минимальном режиме отключена линия Л4, секционный выключатель Q15 включен.

Все расчеты сведем в таблицы 7 – 9.

Таблица 7 – Максимальный режим, секционные выключатели отключены

Точка КЗ на шинах подстан- ции	Искомые величины	Питание со стороны
		Система G1	Система G2
А	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА	1500
	IКЗ, кА
Б	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА		1800
	IКЗ, кА
ВIc, BIIс	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
Питание одновременно от систем G1 и G2
ВIc, BIIс	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
ГIc, ГIIс	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
РП1	zЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
РП2	zЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА

 

Таблица 8 – Минимальный режим, секционные выключатели отключены, линии Л2 и Л4 отключены

Точка КЗ на шинах подстан- ции	Искомые величины	Питание со стороны
		Система G1	Система G2
А	xЭКВ, о.е.		—
	SКЗ, МВА	1100
	IКЗ, кА
Б	xЭКВ, о.е.	—
	SКЗ, МВА		1400
	IКЗ, кА
ВIc, BIIс	xЭКВ, о.е.	ВIIс	ВIс
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
ГIc, ГIIс	xЭКВ, о.е.	ГIIс	ГIс
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА
РП1,     РП2	zЭКВ, о.е.	РП2	РП1
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА

 

 

Таблица 9 – Минимальный режим, секционный выключатель Q15 включен, линия Л4 отключена

Точка КЗ на шинах подстан- ции	Искомые величины	Питание со стороны
		Система G1	Система G2
А	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА	1100
	IКЗ, кА
В	xЭКВ, о.е.
	SКЗ, МВА
	IКЗ, кА

2      Расчет защиты трансформатора Т3

Трансформаторы оснащаются релейной защитой от внешних и внутренних коротких замыканий.

Согласно ПУЭ допускается установка газовой защиты на трансформаторы мощностью 1-4 МВА и выше. (стр. 277 пункт3.2.53.)

2.1           МТЗ от внешних коротких замыканий

1) Защиту выполним с помощью статического реле РСТ 13, так как оперативный ток постоянный.

2) Найдем максимальный рабочий ток в точке установки защиты, равный 1,4 номинального тока трансформатора:

А,

здесь U_ВН = 10 кВ – первичное напряжение трансформатора Т3.

К установке принимаем трансформатор тока ТЛ-10-300-У3-0,5/10Р согласно /2/: I_1Н = 300 А, I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: .

Схема включения трансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы к_СХ = 1.

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока в точке установки защиты:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

к_В =0,9 – коэффициент возврата;

к_з = 1,2.

4) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/19, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (1,5¸6) А.

5) Определим сумму уставок:

,

здесь I_MIN = 1,5 А – минимальный ток срабатывания выбранного реле.

Принимаем уставки 1,6; 0,8;0,2, следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

Коэффициент чувствительности при I⁽²⁾_КЗMIN на выводах высокого напряжения:

.

2.2           Защита от перегруза.

1)Используем токовую защиту в однофазном исполнении на РСТ – 13(трансформаторы тока выбираем те же, что и выше).

 А,

          2)Ток срабатывания защиты:

А,

здесь к_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки;

к_В =0,95 – коэффициент возврата;

3) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/19, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (1,5¸6) А.

4) Определим сумму уставок:

,

здесь I_MIN = 1,5 А – минимальный ток срабатывания выбранного реле.

Принимаем уставку 1,6 , следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

Время срабатывания защиты – 9с.

2.3 Газовая защита.

Эта защита, как  основная защита трансформатора, реагирует на витковые замыкания и прочие повреждения внутри трансформатора. К установке принимаем газовую защиту типа  РЗТ- 80/20.

3      Расчет защиты высоковольтного двигателя Д

Согласно ПУЭ /1/ для синхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:

— токовая отсечка без выдержки времени от многофазных коротких замыканий на выводах и в обмотке статора;

— защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ);

— защита от токов перегрузки, вызванной технологическими причинами и затянувшимся пуском или самозапуском;

— защита минимального напряжения;

— защита от асинхронного режима.

3.1           Защита от многофазных коротких замыканий

В соответствии с требованиями ПУЭ /1/ для электродвигателей мощностью более 2 МВт в качестве защиты от многофазных замыканий применяется продольная дифференциальная защита без выдержки времени с использованием полупроводникового дифференциального реле РСТ-15. Защиту выполняем по двухфазной двухрелейной схеме.

А,

здесь P_НОМ.ДВ. = 6300 кВА – номинальная мощность двигателя типа СТД ;

U_НОМ  –  номинальное напряжение двигателя, В.

Ток срабатывания защиты отстраивается от пускового тока:

А,

где К_П – коэффициент пуска двигателя.

Поперечная относительная сверхпереходная ЭДС двигателя:

 В,

Наибольшее действующее значение периодической составляющей тока в режиме трёхфазного короткого замыкания:

 А,

Отстраиваем защиту от тока небаланса, учитывающего ток I»_к ,так как он имеет значение больше пускового.

Тогда ток срабатывания защиты

А,

здесь к_ОТС = 1,25 – коэффициент отстройки для статического реле;

ε – полная погрешность трансформатора тока (0,1).

Выбираем трансформатор тока ТЛ — 10 с коэффициентом трансформации:

Ток срабатывания реле:

 А

Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на шинах, к которым подключен двигатель:

,

значит защита удовлетворяет требованию чувствительности.

Расчёт количества витков первичной обмотки  TAV упрощается в связи с равенством токов срабатывания реле на основной и неосновной сторонах. Принимаем ω_осн = ω _неосн =16 , тогда МДС срабатывания равна:

А,

Ближайшая уставка по МДС F_ср=65 А

3.2           Защита от замыканий на землю

Согласно ПУЭ /1/ защита электродвигателей от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при токах замыкания на землю. Ток замыкания на землю складывается из емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии. Устанавливаем  токовую защиту нулевой последовательности с реле типа РТЗ-51.

Найдём емкостный ток двигателя:

А,

здесь f = 50 Гц – частота сети;

U_НОМ.Ф. – номинальное фазное напряжение двигателя,  В.

Необходимо также найти емкостный ток кабельной линии, соединяющей двигатель с шинами.  Исходя из условия, чтобы номинальный ток двигателя I_НОМ.ДВ. не превышал допустимый длительный ток кабеля, выбираем кабель марки М-120. Длину кабельной линии примем L_КЛ = 50 м.

Емкостный ток кабельной линии:

А,

где I_C0КЛ = 1,1 А/км – удельный емкостный ток выбранного кабеля (см. /2/).

Суммарный ток замыкания на землю

А,

Установка защиты выбирается по условиям отстройки от ёмкостного тока присоединения при замыкании на землю на других присоединениях:

А,

где,  К_з – коэффициент запаса(1,2),

К_б —  коэффициент, учитывающий бросок ёмкостного тока

Рекомендуется обеспечить условие:

I_c∑ — I_c  ≥ 1.5 I_cд

15-1,595=13,405>1,5·4,785=7,177А

3.3           Защита от перегруза – МТЗ с выдержкой времени

Защита от перегруза – частный случай МТЗ с выдержкой времени.

1) Защиту выполним на реле РСТ 13 с коэффициентом возврата к_В = 0,9.

2) Перегруз является симметричным режимом, поэтому защита от него выполняется одним реле, включенным в одну из фаз. При этом мы используем те же трансформаторы тока, что и для токовой отсечки (коэффициент трансформации к_I = 80, коэффициент схемы к_СХ = 1).

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока двигателя:

А,

здесь к_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки;

к_В – коэффициент возврата.

4) При расчете защиты от перегруза коэффициент чувствительности не определяется.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/24, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (5¸20) А.

6) Определим сумму уставок:

,

здесь I_MIN = 5 А – минимальный ток срабатывания выбранного реле.

Принимаем уставку 0,2, следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

7) Выдержка времени защиты превышает на 20-30% время пуска и равняется 12с. Выбираем реле времени РВ 01, пределы регулировки времени которого от 0,1 до 50 с.

3.4           Защита минимального напряжения

Защита минимального напряжения устанавливается одна на секцию сборных шин, в качестве измерительного органа имеет трансформатор напряжения.

1) Для выполнения защиты будем использовать реле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата к_В = 1,1.

2) Выбираем трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10У3 согласно /2/:  В,  В. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

3) Напряжение срабатывания:

 кВ,

здесь — минимальное напряжение на шинах, которое не вредит технологическому процессу;

4) Для определения коэффициента чувствительности необходимо знать минимальное остаточное напряжение на шинах при металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемого объекта. Поскольку мы не можем найти значение этого напряжения, то коэффициент чувствительности не рассчитывается.

5) Напряжение срабатывания реле

В.

Принимаем к установке реле РСН 16/28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах U_СР.Р. = (40¸200) В.

6) Определим сумму уставок:

,

здесь U_MIN = 40 В – минимальное напряжение срабатывания выбранного реле.

Принимаем уставку 0,8, следовательно .

Найдем напряжение уставки реле первой ступени:

В.

7) Выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующей защиты от многофазных коротких замыканий. Примем t_СЗ = 0,5 с, реле времени РВ 01, пределы регулировки времени которого от 0,1 до 50 с.

3.5           Защита от асинхронного режима

Защита от асинхронного режима действует по схеме, предусматривающей рассинхронизацию  с автоматической разгрузкой механизма до такого уровня, при котором обеспечивается втягивание электродвигателя в синхронизм. В схеме используется промежуточное реле типа РП-252, имеющее замедление при возврате для предотвращения отказа защиты при биениях тока асинхронного режима.

4      Расчет защиты, установленной на секционном выключателе Q15

Согласно ПУЭ /1/ на секционном выключателе 220 кВ должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных коротких замыканий. Первая ступень – токовая отсечка, вторая ступень – МТЗ с выдержкой времени.

4.1           МТЗ с выдержкой времени

1) Выполнена на реле РСТ 13.

А.

Принимаем к установке трансформатор тока типа ТФЗМ-220-500-У3-0,5/10Р согласно /2/:   I_1Н = 500 А, I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: .

Схема включения трансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы к_СХ = 1.

3) Ток срабатывания защиты:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки.

4) Ток срабатывания реле:

А.

Выбираем реле РСТ 13/24, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (5¸20) А.

5) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 0,4; 0,2;0,1 следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

6) Коэффициент чувствительности в основной зоне и в зоне резервирования:

,

следовательно, защита удовлетворяет требованию чувствительности.

Выдержка времени защиты принимается на ступень селективности больше максимальной выдержки времени защит отходящих присоединений, то есть выдержки времени МТЗ трансформатора Т1.

 с,

где Dt = 0,4 с – ступень селективности для статического реле.

Для обеспечения рассчитанного времени срабатывания защиты выбираем реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

4.2           Токовая отсечка

1) Защиту выполним на реле РСТ 13 с коэффициентом возврата к_В = 0,9.

2) Реле включаются во вторичные цепи того же трансформатора тока, что и реле токовой отсечки. Коэффициент трансформации трансформатора тока к_I = 100, коэффициент схемы к_СХ = 1.

3) Ток срабатывания защиты:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

I_{max раб}=I ⁽³⁾ _kmax на шинах А

4) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/29, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (15¸60) А.

5) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 1,6; 0,2,

следовательно  .

Найдем ток уставки реле:

А.

6) Коэффициент чувствительности определяется по току :

.

5      Расчет защиты кабельной линии Л5

Согласно ПУЭ /1/ на линиях 10 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

5.1           Токовая отсечка с независимой выдержкой времени (защита от многофазных к.з.)

1) Для выполнения защиты примем статическое реле РСТ 13. Защита однорелейная с реле подключённым к трансформаторам тока на фазах А и С, соединёнными в неполный треугольник (коэффициент схемы ). Защита отстраивается от максимального рабочего тока, протекающего по линии при отключенной Л6 и включенном секционном выключателе Q27. Коэффициент запуска при пуске двигателей равен 4,1

2) Максимальный рабочий ток линии, необходимый для выбора трансформаторов тока, примем равным длительно допустимому току кабеля.

А,

где n_Л5 – число кабельных линий Л5;

I_ДОПЛ5 = 460 А – допустимый длительный ток кабеля М-240 согласно /2/.

Принимаем к установке трансформатор тока типа ТПЛ-10-1500-У3-0,5/10Р согласно /2/:   I_1Н = 1500 А, I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: .

3) Ток срабатывания защиты:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

к_В = 0,95– коэффициент возврата.

4) Ток срабатывания реле:

А.

Выбираем реле РСТ 13/29, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (15¸60) А.

5) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 1,6; 0,1, следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне проверяем по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5 (на шинах РП1):

5.2           Защита от однофазных замыканий на землю

Так как сеть 10 кВ – сеть с малыми токами замыкания на землю, то защита выполняется с действием на сигнал.

1) Выбираем реле РТЗ 51, ток срабатывания которого находится в пределах I_СР.Р. = (0,02¸0,12) А.

2) Измерительным органом является трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗРЛУ3.

3) Для кабеля марки М-240 удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю согласно /2/   I_С0 =1,8 А/км. Ток срабатывания защиты выбирается из условия несрабатывания защитыот броскасобственного ёмкостного тока линии при внешних к.з. Тогда ток нулевой последовательности линии:

А,

где L₅  – длина кабельной линии Л5, км;

n_Л5 – количество кабельных линий  Л5.

Ток срабатывания защиты:

А,

здесь к_ОТС = 2 – коэффициент отстройки для защиты без выдержки времени.

4) Проверку чувствительности защиты не производим, так как неизвестен ток утечки для всей сети предприятия, определяемый экспериментально.

5) Ток срабатывания реле считать нет необходимости, так как коэффициент трансформации трансформатора тока нулевой последовательности можно сделать таким, чтобы ток срабатывания реле находился в  диапазоне срабатывания реле РТЗ 51.

t_сз=t_сз(27)+∆t=0,5+0,3=0,8с

6      Расчет защиты силового трансформатора Т1

Согласно ПУЭ /1/ для трансформаторов общего назначения должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

— многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

— витковых замыканий в обмотках;

— токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

— токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

— понижения уровня масла.

Соответственно устанавливаются следующие виды защит:

— дифференциальная защита от различных видов короткого замыкания;

— максимальная токовая защита как резервная от внешних многофазных коротких замыканий;

— защита от перегруза;

— газовая защита.

6.1           Дифференциальная защита

Согласно ПУЭ /1/ на двухтрансформаторных подстанциях при мощности трансформатора 4 МВА и более устанавливается дифференциальная защита без выдержки времени.

1) Защита выполняется с помощью дифференциального реле РСТ 15.

2) Номинальные токи обмоток трансформатора:

высшего напряжения

А;

низшего напряжения(так как на низшем напряжении обмотка расщеплена, значит ток будет в 2 раза меньше)

А;

где S_Т1 – номинальная мощность трансформатора Т1, ВА;

U_ВН и U_НН – соответственно напряжения высокой и низкой сторон трансформатора,  В.

Для выбора трансформаторов тока найдем максимальные рабочие токи:

на стороне ВН             А;

на стороне НН             А.

На стороне ВН принимаем к установке согласно /2/ трансформатор тока типа ТФЗМ220Б-300-У1-0,5/10Р/10Р: I_1Н = 300 А, I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока

.

На стороне  НН  выбираем трансформатор  тока типа  ТПЛ-10-3000-У3-0,5/10Р: I_1Н = 3000 А, I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока

.

Для компенсации сдвига фаз трансформаторы тока на высокой стороне включаются по схеме полного треугольника (), а трансформаторы тока на низкой стороне  — по схеме звезды ().

Вторичные токи трансформаторов тока при номинальной мощности силового трансформатора:

на ВН                     А;

на НН                   А.

За основную сторону принимаем ВН, так как .

3) Определяем токи небаланса, вызванные погрешностями трансформаторов тока  и регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) . При этом все токи приводим к ступени напряжения основной стороны.

А,

где к_ОДН = 1 – коэффициент однотипности трансформаторов тока;

к_А = 1 – коэффициент апериодической составляющей для

дифференциального реле;

e = 0,1 – допустимая погрешность трансформаторов тока;

-максимальный сквозной ток, приведенный на высокую сторону,  А.

А,

где  — пределы регулирования напряжения на стороне ВН;

Du_b = 0 — пределы регулирования напряжения на стороне СН (у нас трансформатор двухобмоточный).

Предварительное значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки.

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания

А,

где к_ОТС = 0,5 – коэффициент отстройки для реле РСТ 15.

Из двух токов срабатывания выбираем наибольший, то есть I_СЗ = 285 А.

4) Предварительное значение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН.

.

5) Ток срабатывания реле на основной стороне

А.

Ток срабатывания реле на неосновной стороне

А,

где  — коэффициент трансформации.

6) Примем число витков основной обмотки w_ОСН = 12.

Расчетная МДС основной обмотки

,

где I_ОСН = I_{СР.Р.ОСН}.

Принимаем ближайшее действительное значение МДС  F = 100 .

Расчетное число витков неосновной обмотки находится из условия

.

Принимаем w_{НЕОСН. ПР} = 10.

Составляющая тока небаланса  из-за неравенства расчетного и действительного числа витков

А.

Ток срабатывания защиты с учетом всех составляющих тока небаланса

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки.

7) Коэффициент чувствительности определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН.

,

значит защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

8) Ток срабатывания реле на основной стороне

А.

Ток срабатывания реле на неосновной стороне

А,

где  — коэффициент трансформации.

6.2           МТЗ с выдержкой времени

1) Максимальная токовая защита выполняется в качестве резервной защиты от междуфазных коротких замыканий на реле   РСТ 13  с  коэффициентом возврата  к_В = 0,9.

2) Реле включаются по схеме неполной звезды

3) Ток срабатывания защиты по условию отстройки от рабочего тока при возможной перегрузке трансформатора:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

— максимальный рабочий ток на стороне ВН трансформатора при перегрузке, А.

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне определяется по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором, приведенным на первичную сторону:

.

В зоне резервирования коэффициент чувствительности определяется по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5, приведенным на первичную сторону:

 

,

где U_СР.НН – среднее напряжение на низкой стороне трансформатора, В;

U_СР.ВН – среднее напряжение на высокой стороне трансформатора, В.

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/24, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (5¸20) А.

6) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставку 0,2, следовательно  .

Найдем ток уставки реле:

А.

7) Время срабатывания защиты принимается по условию отстройки от  времени срабатывания МТЗ на секционном выключателе Q20, которое, в свою очередь, отстраивается от наибольшей из выдержек времени выключателей Q21

с,

где Dt = 0,5 с – ступень селективности для статического реле.

Выбираем реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

6.3           Защита от перегруза

1) Выбираем реле РСТ 13.

2) Защита выполняется с помощью одного реле, включенного во вторичную обмотку того же трансформатора тока, что и реле максимальной токовой защиты, с действием на сигнал.

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока трансформатора на стороне ВН:

А,

здесь к_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки.

4) При расчете защиты от перегруза коэффициент чувствительности не определяется.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/19, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (1,5¸6) А.

6) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 0,4;1,6, следовательно .

Ток уставки реле    I_УСТ = 4,5 А.

7) Выдержка времени защиты отстраивается от кратковременных перегрузок. Примем  t_СЗ = 9 с. Выдержку времени обеспечивает реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

6.4           Газовая защита

Газовая защита является основной защитой трансформаторов от витковых замыканий и других внутренних повреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующего органа выбираем реле типа BF – 80/Q.

7      Расчет защиты воздушных линий Л1, Л2

Согласно ПУЭ /1/ на параллельных воздушных линиях с двухсторонним питанием напряжением 220 кВ предусматриваются следующие защиты:

— основная от междуфазных коротких замыканий – поперечная дифференциальная направленная защита;

— дополнительная к основной от междуфазных коротких замыканий – токовая отсечка без выдержки времени, отдельная для каждой параллельной цепи;

— резервная от междуфазных коротких замыканий – суммарная максимальная токовая защита параллельных цепей;

— защита от однофазных замыканий на землю.

7.1           Поперечная дифференциальная направленная защита

1) Защита выполнена на трех статических реле типа РСТ 13, включенных на разность токов параллельных цепей. Для определения поврежденной цепи последовательно с обмоткой токового реле РСТ 13 включается обмотка тока реле направления мощности РМ 11, а  обмотка напряжения этого реле включается во вторичную обмотку трансформатора напряжения, установленного на секции ВIс.

2) Для выбора трансформатора тока найдем максимальный рабочий ток линии при повреждении на другой линии:

А,

где S_А-В – передаваемая мощность по линиям Л1 и Л2, ВА;

U_Л –  напряжение линий Л1 и Л2, В.

Принимаем к установке трансформатор тока типа ТФЗМ220Б-I-300-У1-0,5/10Р/10Р: I_1Н = 300 А; I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока   .

Для каждой цепи линии предусматривается три трансформатора тока, включенные по схеме полной звезды, коэффициент схемы к_СХ = 1.

Трансформатор напряжения типа ЗНОМ-220-65У1:  В,  В. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения

.

3) Ток срабатывания защиты определяется двумя условиями:

а) отстройкой от тока небаланса

А,

где к_А = 2 – коэффициент апериодической составляющей для токового реле4

к_ОДН = 0,5 – коэффициент однотипности для идентичных трансформаторов тока;

e = 0,1 – класс точности трансформаторов тока.

Ток срабатывания защиты

А,

здесь к_ОТС = 1,25 – коэффициент отстройки.

б) отстройкой от максимального рабочего тока при отключении одной из параллельных линий:

А,

где к_В = 0,9 – коэффициент возврата для реле РСТ 13.

Принимаем к выполнению большее из двух значений, то есть I_СЗ = 309,7 А.

4) Чувствительность защиты  определяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в двух случаях:

а) при повреждении в середине одной из параллельных цепей (см. рисунок 2)

Рисунок 2 – Распределение тока при КЗ в середине одной цепи А-В

1976 А – ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах В при питании от системы 1 ;

1580 А — ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах А при питании от системы 2 .

Ток в неповрежденной цепи находится как четверть разницы этих токов:

А.

Токи в поврежденной цепи:

от шин В к точке короткого замыкания  А;

от шин А к точке короткого замыкания  А.

Коэффициент чувствительности с обоих концов одинаковый:

.

б) при повреждении в конце одной из линий, когда она отключена с одной стороны каскадным действием защиты (см. рисунок 3).

 

Рисунок 3 – К расчету чувствительности защиты

При этом питание от системы 1 не учитываем, тогда коэффициент чувствительности

.

Поскольку в обоих случаях защита удовлетворяет требованиям чувствительности, то ее можно использовать в качестве МТЗ при отключении одной из параллельных линий, что мы и сделали, приняв ток срабатывания защиты, отстроенным от максимального рабочего тока линии.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/19, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (1,5¸6) А.

6) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 1,6; 0,8,

следовательно  .

Найдем ток уставки реле:

А.

7) Длину зоны каскадного действия (вблизи шин А) найдем по выражению:

,

здесь L₁₂ – длина линий Л1 и Л2, км.

Длина зоны каскадного действия лежит в допустимых пределах.

Длина мертвой зоны по органу направления мощности РМ 11 (вблизи шин В) может быть найдена из упрощенного выражения (без учета активного сопротивления линии и без учета подпитки с противоположной стороны), исходя из минимального напряжения срабатывания реле РМ 11 U_{СР. MIN} = 0,25 В.

,

здесь к_U = 2200 – коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

х_УД = 0,4 Ом/км – удельное индуктивное сопротивление линии;

А.

Длина мертвой зоны также лежит в допустимых пределах.

7.2           Токовая отсечка без выдержки времени

Ненаправленная токовая отсечка без выдержки времени предназначена для отключения трехфазных коротких замыканий в пределах мертвой зоны дифференциальной защиты.

1) Выполняется на реле РСТ 13.

2) Реле включаются во вторичные обмотки ранее выбранных трансформаторов тока с коэффициентом трансформации к_I = 60, включенными по схеме звезды (коэффициент схемы к_СХ = 1).

3) Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного короткого замыкания на шинах А при питании от системы 2 :

А,

здесь к_ОТС = 1,15 – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности определим только при трехфазных коротких замыканиях, так как основное назначение защиты – резервировать отказ поперечной дифференциальной направленной защиты при трехфазных КЗ в мертвой зоне.

При КЗ на одной цепи А-В вблизи шин В расчетный ток защиты найдем как сумму токов, посылаемых системой 2, и половины тока со стороны системы 1:

А,

.

Защита проходит по коэффициенту чувствительности, так как она должна ликвидировать повреждения лишь в небольшой зоне вблизи шин В.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Выбираем реле РСТ 13/29, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (15¸60) А.

6) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 1,6; 0,4; 0,2,

следовательно .

Найдем ток уставки реле:

А.

7.3           Суммарная максимальная токовая направленная защита

1) Защиту выполним на реле РСТ 13 и реле направления мощности РМ 11.

2) Измерительными органами являются выбранные ранее трансформаторы тока, включенные по схеме полной звезды (к_СХ = 1, к_I = 60), и трансформатор напряжения.

3) Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока линии:

А,

здесь к_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

к_В = 0,9 – коэффициент возврата для реле РСТ 13.

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне действия определяется по току :

.

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

А.

Принимаем к установке реле РСТ 13/24, у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р. = (5¸20) А.

6) Определим сумму уставок:

.

Принимаем уставки 0,2,

следовательно  .

Найдем ток уставки реле:

А.

7) Выдержку времени МТЗ определим для всей сети А-Б-В путем разделения схемы на две части, в каждой из которых будет по одному источнику, и произведем независимое определение времени срабатывания МТЗ (см. рисунок 4).

Рисунок 4 – Выдержки времени МТЗ сети А-Б-В

Ступень селективности для статического реле Dt = 0,4 с.

Для обеспечения выдержки времени выбираем реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

7.4           Защита от однофазных замыканий на землю

Используем токовую защиту нулевой последовательности на РСТ – 13. Защита выполняется трёхступенчатой. Измерительными органами защиты являются реле тока, подключенные к фильтру тока  нулевой последовательности.

Первая ступень защиты – токовая отсечка нулевой последовательности без выдержки времени. Её ток срабатывания выбирается из условий отстройки от максимального значения периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при К⁽¹⁾ и К^(1,1)  .

Вторая ступень защиты – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени. При выборе I⁽²⁾_сз  и t⁽²⁾_сз надо отстраиваться от первой ступени защиты нулевой последовательности трансформатора Т1.

Третья ступень защиты – МТЗ нулевой последовательности. В нормальном режиме и при многофазных повреждениях в реле проходит ток небаланса, поэтому ток срабатывания реле выбираем без учёта рабочих токов по условию I_ср≥I_{нб расч} . Защита на всех ступенях выполняется направленной с реле РМ – 11. Даня защита не имеет мёртвой зоны.

8      Проверка трансформатора тока и выбор контрольного кабеля

Необходимо выбрать контрольный кабель во вторичных цепях трансформатора тока, установленного около выключателя Q17. При расчете кабельной линии Л5 был выбран тип этого трансформатора тока: ТПЛ-10-3000-У3-0,5/10Р. Номинальный первичный ток I_1Н = 3000 А, вторичный I_2Н = 5 А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: .

Во вторичные цепи трансформатора тока включаются реле токовой отсечки и МТЗ, и в данном случае ток, на который рассчитывается защита, принимается равным   А.

Расчетная кратность тока

,

где I_1Н – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.

По кривым К₁₀ = f (z_Н) (рис.5) для данного типа трансформатора тока находим z_ДОП = 0,9 Ом.

Рисунок 5-Кривые предельных кратностей трансформаторов тока типа ТПЛ-10

Расчетное сопротивление нагрузки в схеме неполной звезды с двумя реле определяется выражением

,

где r_ПР – сопротивление проводов, Ом;

z_Р = 0,2 Ом – сопротивление реле;

r_КОНТ = 0,05 Ом – сопротивление контактов.

Найдем r_ПР при условии z_РАСЧ = z_ДОП:

Ом.

Нам известно,  что  вторичные  цепи  выполнены  медным  кабелем  длиной L = 10 м, тогда сечение кабеля

мм²,

где  — удельное сопротивление меди.

Принимаем стандартное сечение 2,5 мм², кабель контрольный КРВГ.

 

Литература

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). М.: Энергоатомиздат, 1986.

2. Справочник по проектированию электроснабжения /под. ред Барыбина Ю.Г. – М.: Энергоатомиздат, 1990.

3. Комиссаров Г.А., Харасов Х.К. Релейная защита в системах электроснабжения. – Челябинск: ЧГТУ,1996.

4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и    подстанций. —  М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Стандарт предприятия СТП ЧГТУ 04-96. Челябинск: ЧГТУ,1996.

6. Харасов Х.К., Стасяк В.И. Полупроводниковые устройства в  релейной защите. — Челябинск: ЧГТУ,1994.

7. Чернобровов Н.В. Релейная защита  М.: «Энергия», 1974.