Релейная защита и автоматика СЭС

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 28 страниц
В избранное:

Министерство образования и науки Республики Казахстан
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им.Д.СЕРИКБАЕВА
ШКОЛА ТРАДИЦИОННОЙ И АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ
Специальность 6В07104 - Электроэнергетика

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине Релейная защита и автоматика
Тема: Релейная защита и автоматика СЭС

Принял работу преподаватель школы традиционной и альтернативной энергетики:
Асылжанова А.Б._______________
___________________________
Выполнил работу студент группы
19-ЭЛТ-3дот Окунев Д.А.
Номер ID № 101090
_______________
___________________________

Усть-Каменогорск
2022
Содержание

Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1 Расчет токов короткого замыкания ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ...
2 Расчет уставок токовых защит линий электропередач ... ... ... ... ... . ... ..
3 Расчет поперечных дифференциальных защит параллельных линий ... ...
4 Расчет продольных дифференциальных защит трансформатора ... ... ... .
5 Расчет ступенчатых токовых защит нулевой последовательности ... ... ...
6 Расчет уставок защит трансформатора ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... .
7 Расчет уставок защит электродвигателей ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
8Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения ... ...
9 Автоматическое включение резерва ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Список литературы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

Введение
Курсовой проект способствует углублению и закреплению знания, полученных студентами по основной и смежным дисциплинам, учит решать практические задачи в области релейной защиты и автоматики а также систем электроснабжения.
Устройства РЗиА является органической частью комплекса электрооборудования элементов электрических станции и подстанции. Без устойчивого функционирования устройств релейной защиты и автоматики не представляет возможности обеспечить надежное электроснабжение потребителей. Основа устойчивого функционирования устройств РЗиА закладывается при расчете и выборе уставок.
Требования, предъявляемые к Релейной защите и автоматике, могут быть реализованы только при тщательном анализе взаимодействия проектируемых устройств, учете особенностей технологии производства и распределении энергии, схем электрических соединений объектов, специфики работы потребителей, физических процессов, происходящих в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах в первичных и вторичных цепях измерительных трансформаторов тока и напряжения.
При выполнении курсового проекта необходимо освоить основные параметры и рассчитать параметры защиты основного оборудования подстанций (линий, трансформаторов и электродвигателей). Найденные значения коэффициентов чувствительности должны соответствовать требованиям ПУЭ.

1 ЗАДАНИЕ

Принципиальная схема электроснабжения подстанции изображена на рисунке 1.1. Подстанция подключена к энергосистеме С двумя параллельными линиями электропередач (ВЛ) W1, W2. На подстанции установлены два трансформатора Т1, Т2. Нагрузка распределена по двум трансформаторам равномерно. Работа трансформаторов раздельная. Секционный выключатель Q6 снабжен устройством автоматического ввода резерва (АВР). Обобщенная нагрузка Sн каждой секции шин подстанции равна 70 % номинальной мощности трансформатора. От шин подстанции отходят кабельные линии, питающие асинхронные электродвигатели (ЭД).
Выполнить расчет:
- Расчет схемы электроснабжения
- защит питающих линий электропередач;
- защит силовых трансформаторов;
- защит высоковольтных асинхронных электродвигателей;
- уставок автоматического включения резерва;
Курсовая работа содержит графическую часть:
Лист 1-Принципиальная схема
Лист 2 -Схема замещения
Лист 3-Схема защиты линий
Лист 4-Схема защиты трансформаторов
Лист 5-Схема защиты электродвигателей
Лист 6-Карта селективности

а также проверить возможность самозапуска электродвигателей и при необходимости предусмотреть защиту минимального напряжения.
По результатам расчетов построить карту селективности релейной защиты.
Исходные данные приведены в таблицах

Таблица 1.1 - Параметры электродвигателя и нагрузки
Предпоследняя цифра шифра
Номинальная мощность ЭД Рдв, кВт
Кратность пускового тока ЭД, kп
Количество ЭД на секции, n
Уставка РЗ прис. на шинах пст, tсз.пр, с

Время перерыва питания, tпп, с
Коэффициент самозапуска ЭД, Ксзп
Длина кабельной линии Lкл, км
9
800
4,5
5
1,3
2,0
2,8
0,90
Таблица 1.2 - Параметры трансформатора и энергосистемы
Послед.
цифра
шифра
Тип трансформатора
Uвн, кВ
Uнн, кВ
Sкз.макс, МВА
Sкз.мин, МВА
Длина ВЛ, км
0
ТРДН-32000220
230
11-11
3500
3200
75
Таблица 1.3 - Параметры силовых двухобмоточных трансформаторов
№ пп
Тип трансформатора
ΔUрег, %
Номинальные напряжения обмоток, кВ
Напряжение Uкз% для различных значений регулируемого напряжения, %

ВН
НН
мин.
ном.
макс.
1
2
3
4
5
6
7
8
5
ТРДН-32000220
+-8x1,50
230
11-11
11,6
12,0
12,7

Таблица 1.4
Тип трансформатора тока
Номинальное напряжения, кВ
Номинальный первичный ток, А
Номинальный вторичный ток, А
ТВЛМ-6
6
10; 20; 30; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 600; 800; 1000; 1500
5
ТФНД-220-I
220
300;400; 600; 800
5

Таблица 1.5 Технические данные синхронных двигателей напряжением 6 кВ
Тип двигателя
Рн, кВт
Uн, кВ
Iном, А
IпускIном
cos φн
ηн
АТД-800-4
800
6,1
90
5,6
0,9
0,89

Провод для ВЛ: АС 254,2

Провод для КЛ: АС 18524

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема электроснабжения подстанции

1. Расчет токов короткого замыкания
Для расчета уставок защит необходимо предварительно рассчитать токи короткого замыкания в различных точках энергосистемы для максимального и минимального режимов энергосистемы.
Составим схему замещения (рисунок 2) для расчетной схемы представленной на рисунке 1.
Рассчитаем параметры схемы замещения энергосистемы.
Расчет производим в относительных единицах для максимального режима энергосистемы.
При расчетах принимается ряд допущений - не учитываются:
- токи намагничивания трансформаторов;
- емкостные токи ВЛ напряжением ниже 330 кВ и КЛ до 110 кВ;
- принимается, что система симметричная;
-токи короткого замыкания рассчитываются для режима холостого хода системы, т.е. не нагрузка учитывается.
Принимаем, что сопротивления прямой последовательности элементов энергосистемы равны сопротивлениями обратной.

Рисунок 2. Схема замещения
а) б)
Рисунок 3. Схема замещения трансформатора с расщепленной обмоткой низкого напряжения

1.1Определение сопротивлений системы:
(1.1)

1.2Определение сопротивлений линий электропередач, Ом:
(1.2)
Выбираем кабель воздушной линии

Iном ВН тр-р=Sн1,73⋅UВН=320001,73⋅220=84.07 А

Iном НН тр-р=Sн1,73⋅UНН=320001,73⋅11=1.68 кА

IЭД=PK1,73⋅η⋅cosφ⋅UH=8001,73⋅0,89⋅0 ,9⋅6,1=94.67А

IΣ=Iном тр-р+5 IЭДUННUВН=1680 А+5*94.67А11230=102 А

Для воздушной линии выбираем кабель АС-254,2 с XУД = 0,0283
Хл=0,0283⋅75=2,12 Ом

1.3Определение сопротивлений трансформатора:
- сопротивление трансформатора с расщепленной обмоткой вычисляется по следующим формулам:
Хт=ХВН+0,5 ХНН

ХВН=0,125Uкз%⋅Uср2100⋅Sн

ХНН=1,75Uкз%⋅Uср2100⋅Sн

(1.3)
ХВН max=0,12512,7%⋅2422100⋅32=29,05 Ом

ХВН min=0,12511,6%⋅2422100⋅32=26,53 Ом

ХНН max=1,7512,7%⋅112100⋅32=0,840 Ом

ХНН min=1,7511,6%⋅112100⋅32=0,767 Ом

Хт max=ХВН+0,5 ХНН

Хт min=ХВН+0,5 ХНН

Хт max=ХВН+0,5 ХНН=29,05+0,5⋅0,840=29,47 Ом

Хт min=ХВН+0,5 ХНН=26,53+ 0,5⋅0,767=26,91 Ом

1.4 Сопротивление кабельной линий электропередач:
(1.4)

где L- длина кабельной линии,

Выбираем кабельную линию

IЭД=PK1,73⋅η⋅cosφ⋅UH=8001,73⋅0,89⋅0 ,9⋅6,1=94,6 А

IΣ=5 IЭД=5*94,6 А=473 А
Для кабельной линии выбираем кабель АС-18524 с XУД = 0,1540

1.5 Токи трехфазного короткого замыкания в расчетных точках схемы.
1.5.1 Короткое замыкание в точке К1:
(1.9)

(1.10)

1.5.2Короткое замыкание в точке К2:
(1.11)

(1.12)

1.5.3Короткое замыкание в точке К3:
(1.13)

(1.14)

1.5.4Короткое замыкание в точке К4:
(1.15)

(1.16)

Полученные значения токов К.З. заносим в таблицу 3. Результаты расчетов токов К.З. приведены к стороне 115 кВ трансформатора подстанции.

Таблица 3. Результаты расчетов токов КЗ
Режим энергосистемы
Токи К.З. в расчетных точках, кА

К1
К2
К3
К4
Макс. Режим
8,33
7,39
2,88
1,21
Мин. Режим
7,64
6,84
2,95
1,22

2. Расчет уставок токовых защит линий электропередач

ПУЭ предусматривают на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий установку ступенчатых токовых защит. В нашем случае достаточно предусмотреть установку двухступенчатой токовой защиты. Первая ступень - максимальная токовая отсечка мгновенного действия (ТО), а вторая - максимальная токовая защита, согласованная с МТЗ трансформатора (Т1 для линии W1)подстанции по условию селективности.
Рекомендуется для максимального и минимального режимов работы энергосистемы произвести расчет токов короткого замыкания (к.з.) для двух точек (в начале и конце линии), за трансформатором.
Токовая отсечка не может обеспечить защиту на протяжении всей длины и не может использоваться как основная защита. Однако, в частном случае, когда защищаемая линия питает тупиковую подстанцию, отсечкаможет выполняться чувствительной при К.З. в любой точке линии. Для этого ток срабатывания отсечки отстраивается от тока К.З. за трансформатором Т1 приемной подстанции.
2.1 Тогда ток срабатывания токовой отсечки выбирается по следующему условию:

(2.1)

где kН - коэффициент надежности. kН=1,21,3:
IМАКС - максимальное значение тока К.З. за трансформатором (К.З. в точке К3).

2.2 Проверим по условию отстройки от броска намагничивающего тока силового трансформатора:
(2.2)
Номинальный ток трансформатора равен:

(2.3)

Выбираем большее из двух полученных результатов.
2.3 Чувствительность токовой отсечки характеризуется коэффициентом чувствительности при двухфазном к.з. в конце линии (точка К2). Он считается приемлемым, если превышает 1,5. Время срабатывания отсечки (tотс) определяется типом используемых реле тока и промежуточных реле и не превышает 0,1с.

(2.4)

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ.

2.4 Ток срабатывания второй ступени токовой защиты - максимальной токовой защиты определяется из условия отстройки от максимального тока нагрузки с учетом работы АВР секционного выключателя в соответсвии с выражением:

(2.5)

где kН - коэффициент надежности, kН =1,11,3;
kВОЗВ - коэффициент возврата реле тока, kВОЗВ = 1,05;
IНАГР - рабочий ток линии W1, W2.

(2.6)

2.5 Далее необходимо проверить чувствительность МТЗ при к.з. в конце основного (в конце линии) и резервного (за трансформатором) участков. По требованию ПУЭ kч для основного участка должен быть не менее 1,5, а для резервного не менее 1,2. Проверим чувствительность защиты при КЗ в конце основной зоны защиты (точка К2)

(2.7)
kч=0,876⋅6,840,24=24,96≻1,5

2.6 Проверим чувствительность защиты при КЗ в конце зоны резервирования (точка К3)

(2.8)

kч=0,876⋅2,950,24=10,76≻1,2

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ

3. Токовые защиты нулевой последовательности

Определение сопротивления нулевой последовательности линии, Ом

Хл0=худ0⋅L (2.9)

худ0= худ1+5 худ1=0,169

Хл0=0,169⋅75=12,675 Ом

3.1 Короткое замыкание в точке К1, кА:
(2.10)

3I(1)k1max=1,73⋅2423⋅16,78=8,31 кА

3I(1)k1min=1,73⋅2423⋅18,30=7,62 кА

3.2 Короткое замыкание в точке К2, кА:
3I(1)k2=3⋅Uср(3⋅Xс+2⋅Xл+Xл0) (2.11)

3I(1)k2max=1,73⋅242(3⋅16,78+2⋅2,12+ 12,675)=6,2кА

3I(1)k2min=1,73⋅242(3⋅18,30+2⋅2,12+ 12,675)=5,8 кА

3.3 Короткое замыкание в точке К3, кА:

3I(3)k12=Uср3⋅(Xс+Хл0+ХT) (2.12)

3I(3)k12max=2423⋅(16,78+12,675+29, 47)=2,3 Ом

3I(3)k12min=2423⋅(18,30+12,675+26, 91)=2,4 Ом
Ток срабатывания IIсз1 первой ступени защиты КА1 должен быть отстроен от расчетного максимального устроенного тока нулевой последовательности, протекающего по линии W1 при металлическом к.з. на землю в конце этой линии.
Коэффициент чувствительности

Icз'=kотс⋅3I0(1) (2.13)
Icз'=1,2⋅6,2=5,22
Icз'=1,2⋅5,8=9,69

где kотс - коэффициент отстройки, kотс = 1,11,3;
3I0(1) - утроенный ток нулевой последовательности при к.з. на землю в конце
линии в точке К2.

kч=3I0(1)Iсз.1=1,5
(2.14)
kч=8,315,22=1,591,5

Ток срабатывания второй ступени

Icз''=kотс⋅ka⋅kодн⋅ε⋅3I1(3)
Icз''=1,2⋅2⋅0,5⋅0,1⋅2,3=0,276
Icз''=1,2⋅2⋅0,5⋅0,1⋅2,4=0,288

Коэффициент чувствительности второй ступени комплекта защит линии W1 определяется при однофазном к.з. в конце защищаемой линии в точке К2:

kч=6,20,288=21,521,5

4 Расчет поперечной дифференциальной защиты

3.1 Ток срабатывания пусковых органов защиты должен быть отстроен:
- от токов небаланса при внешних металлических трехфазных коротких замыканий на шинах противоположной подстанции в максимальном режиме энергосистемы.
- от максимального тока нагрузки при отключении одной из линий.
По первому условию ток срабатывания находится по следующему выражению:

(3.1)
где kн - коэффициент надежности, kн = 1,11,3
Iк(3) - суммарный ток протекающий по обеим линиям при трехфазном к.з. в
конце линии
kа - коэффициент апериодичности, kа = 2
kодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, kодн = 0,5
ε - коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность трансформаторов
тока, ε = 0,1

Найдем токи трехфазного к.з.:
При к.з. в конце линий W1-2 в точке К2 (рисунок 3.1):

Рисунок 3.1 - Схема замещения энергосистемы

Iк2=Uср3⋅(Хс+0,5⋅Хл1)
(3.2)

Iк2=2423⋅(16,78+0,5⋅2,12)=7,83 кА

Iк2=2423⋅(18,30+0,5⋅2,12)=7,21 кА

Iсз=0,5⋅1,2⋅2⋅0,5⋅0,1⋅7,83=0,46 кА

Iсз=0,5⋅1,2⋅2⋅0,5⋅0,1⋅7,21=0,432 кА

По второму условию ток срабатывания находится по следующему выражению:

(3.3)
где kн - коэффициент надежности, kн = 1,11,3
kвозв - коэффициент возврата реле пусковых органов, kвозв = 1,05
Iраб.мах - максимальный рабочий ток нагрузки линии.

Максимальный рабочий ток линии находим по формуле:

Sнагр=5 SЭД+Sнагр 1+Sтр-р =58,84 МВА
SЭД=Рcosγ;Sнагр 1=0,7⋅Sтр-р; Sтр-р=32МВА;

(3.4)

Iраб.мах=2⋅588403⋅242=280 А

Подставляя полученные данные в уравнение 5.5 получим:

Iсз=1,21,05⋅280=0,32 кА

Из двух полученных значений тока срабатывания защиты выбираем больший, т.е.:
Iсз=0,46 кА

Определим чувствительность защиты при металлическом двухфазном к.з. в минимальном режиме энергосистемы для трех случаев.
Первый случай - это короткое замыкание в точке равной чувствительности в точке К3 (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 - Схема замещения энергосистемы

При двухфазном к.з. в середине линии W1 в точке равной чувствительности К3:

(3.5)

Iк3 max=0,876⋅2423⋅16,78+(0,5⋅2,12+2,12 )⋅0,5⋅2,12(0,5⋅2,12+2,12)+0,5⋅2,12= 6,96

Iк3 min=0,876⋅2423⋅18,30+(0,5⋅2,12+2,12 )⋅0,5⋅2,12(0,5⋅2,12+2,12)+0,5⋅2,12= 6,40

Ток, протекающий по линии W1 IкА вычисляем по формуле:

(3.6)
IкА=34⋅6,96=5,22 кА

Ток, протекающий по линии W2 IкВ вычисляем по формуле:

(3.7)
IкВ=14⋅6,96=1,74 кА

В защите протекает разность токов двух плеч:

(3.8)

IА=5,22-1,74=3,48 кА

Коэффициент чувствительности равен:

(3.9)
kч=3,480,46=7,52

Второй случай - это режим каскадного отключения, т.е. когда выключатели Q3 и Q4 противоположного конца линии отключены (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 - Схема замещения энергосистемы

Iк2.к=0,876⋅Uср3⋅(Хс+Хл1)
(3.10)

Iк2.к max=0,876⋅2423⋅(16,78+2,12)=6,47 кА

Iк2.к min=0,876⋅2423⋅(18,30+2,12)=5,99 кА

Коэффициент чувствительности равен:

(3.11)
kч=6,470,46=14,061,5

Третий случай - это режим каскадного отключения, когда выключатель Q1 в начале линии отключен (рисунок 3.4).

Рисунок 3.4 - Схема замещения энергосистемы

(3.12)
Iк1.кmax=0,876⋅2423⋅(16,78+2,12+2,1 2)=5,82 кА

Коэффициент чувствительности равен:

(3.13)
kч=5,820,46=12,651,5

Четвертый случай - это режим каскадного отключения, когда выключатель Q3 в конце линии отключен.

Iк max=0,876⋅Uср3⋅(Хс+Хл1⋅Хл2Хл1+Хл2)

Iк max=0,876⋅2423⋅(16,78+2,12⋅2,122,12 +2,12)=6,86 кА

Коэффициент чувствительности равен:

kч=IкIсз=1,5

kч=6,860,46=14,911,5

Коэффициенты чувствительности при всех вариантах ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.