Релейная защита и автоматика

РЗиА_КР_ГЧ.cdw

Дифференциальная токовая защита
Защита трансформатора от перегрузки
с действием на сигнал
Максимальная токовая защита трансформатора
с действием на отключение всех выключателей
Защита трансформатора от замыкания на землю в сети
с заземлённой нейтралью. Действует на отключение
Газовая защита с действием на отключение
всех выключателей при бурном газовыделении.
Газовая защита с действием на сигнал при понижении
уровня масла и при слабом газообразовании.
КА - реле РТ-4050; КV - реле РН-54160; КТ - реле РСВ18-13;
КL - реле РП-23; КН - реле РУ-1.
МТЗ с зависимой характеристикой на выпрямленном оперативном токе для линии W2
Схемы защит понижающего силового трансформатора 11010 кВ
Схема токовой защиты с независимой характеристикой на переменном оперативном токе для линии W1
Схема токовой защиты от замыкания фазы на землю
КА - реле РТ-406; КН - реле РУ-1.
Схема токовой защиты с независимой выдержкой времени на переменном оперативном токе
Цепи промежуточных реле
КА - реле РТ-851; КV - реле РН-54160; КL - реле РП-23; КН - реле РУ-1.

РЗиА_КР_ПЗ.doc

Федеральное агентство по образованию РФ
Тверской государственный технический университет
Кафедра электроснабжения и электротехники
по курсу: “Релейная защита и автоматика”
Релейная защита ВЛ с односторонним питанием4
1 Расчет токов КЗ и построение векторных
диаграмм токов и напряжений5
2 Выбор трансформаторов тока и напряжения7
3 Выбор схем устройств релейной защиты7
4 Выбор параметров срабатывания защит от
междуфазных КЗ и проверка их по чувствительности7
5. Защита от однофазных коротких замыканий.9
Релейная защита понижающих силовых трансформаторов11
1 Выбор трансформаторов тока и напряжения12
3 Дифференциальная токовая защита13
3.1 С реле РНТ-56013
4 Максимальная токовая защита15
5 Защита трансформатора от перегрузок16
6 Токовая защита от внешних КЗ на землю16
7 Газовая защита трансформатора16
Библиографический список18
Релейная защита и автоматика— совокупность электрических аппаратов осуществляющих автоматический контроль за работоспособностью Электроэнергетической системы (ЭЭС).
Релейная защита (РЗ) осуществляет непрерывный контроль за состоянием всех элементов электроэнергетической системы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов. При возникновении повреждений РЗ должна выявить повреждённый участок и отключить его от ЭЭС воздействуя на специальные силовые выключатели предназначенные для размыкания токов повреждения.
При возникновении ненормальных режимов РЗ также должна выявлять их и в зависимости от характера нарушения либо отключать оборудование если возникла опасность его повреждения либо производить автоматические операции необходимые для восстановления нормального режима (например включение после аварийного отключения с надеждой на самоустранение аварии или подключение резервного питания) либо осуществлять сигнализацию оперативному персоналу который должен принимать меры к ликвидации ненормальности.
Релейная защита является основным видом электрической автоматики без которой невозможна нормальная работа энергосистем.
Требования к релейной защите
Быстрое отключение повреждённого оборудования или участка электрической сети предотвращает повреждения или уменьшает их размеры позволяет сохранить нормальную работу потребителей неповреждённой части сети предотвращает нарушение параллельной работы генераторов.
Селективность (избирательность)
Селективность - способность релейной защиты выявлять место повреждения и отключать только его только ближайшими к нему выключателями. Это позволяет локализовать повреждённый участок и не прерывать нормальную работу других участков сети.
Под чувствительностью релейной защиты понимается её способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения когда изменение воздействующей величины минимально.
Защита должна правильно и безотказно реагировать при всех повреждениях защищаемой сети и нарушениях нормального режима работы для действия при которых она предназначена и не действовать в нормальных условиях а также при таких повреждениях и нарушениях нормального режима работы при которых действие данной защиты не предусмотрено и должна действовать другая защита. Это требование обеспечивается совершенством принципов защиты и конструкций аппаратов защиты качеством деталей простотой выполнения и уровнем эксплуатации.
Основные органы релейной защиты
Пусковые органы непрерывно контролируют состояние и режим работы защищаемого участка цепи и реагируют на возникновение коротких замыканий и нарушения нормального режима работы. Выполняются обычно с помощью реле тока напряжения мощности и др.
Измерительные органы
Измерительные органы определяют место и характер повреждения и принимают решения о необходимости действия защиты. Измерительные органы также выполняются с помощью реле тока напряжения мощности и др. Функции пускового и измерительного органа могут быть объединены в одном органе.
Логическая часть - это схема которая запускается пусковыми органами и анализируя действия измерительных органов производит предусмотренные действия (отключение выключателей запуск других устройств подача сигналов и пр.). Логическая часть состоит в основном из элементов времени (таймеров) логических элементов промежуточных и указательных реле дискретных входов и выходов аналоговых микропроцессорных устройств защиты.
Релейная защита ВЛ с односторонним питанием.
Задание 1. Релейная защита воздушной линии с односторонним питанием.
Дана радиальная распределительная сеть состоящая из участков линий электропередачи одного напряжения (см. рис. 1). Напряжение сети – 110 кВ. Сеть работает с эффективнозаземленной нейтралью и характеризуется большими токами замыкания на землю.
На каждой линии установлен свой комплект защиты. Необходимо рассчитать параметры и выбрать схемы защиты для первой и второй линий. На первой линии от междуфазных КЗ установлены максимальная токовая защита (МТЗ) и токовая отсечка без выдержки времени а на второй – МТЗ и токовая отсечка с выдержкой времени.
На линиях для защиты от замыканий фазы на землю и однофазных к.з. устанавливается фильтровая токовая защита нулевой последовательности и устройство неселективной сигнализации.
Рисунок 1. Схема радиальной распределительной сети.
Таблица 1. Данные воздушных линий.
Значение токов трехфазного КЗ для максимального и минимального режимов сети на п.ст. А: худ=04 Омкм; Хо=3Х1
1. Расчет токов короткого замыкания и построение векторных диаграмм токов и напряжений.
Сопротивление системы определяется по формуле
где Хс – сопротивление системы
Uср – среднее напряжение сети
Iкз(3) – ток КЗ на шинах подстанции А.
Ток КЗ в каждой точке будет определятся:
где – сопротивление участка линии
Ток двухфазного КЗ определяется по выражению:
Аналогично считаются токи к.з. в последующих точках линий. Результаты расчетов сведены в таблицу.
2. Выбор трансформаторов тока и напряжения
W1: F1=150 мм2 ; Iдд = 450А I1ном = 600А (ТФНД-110М - 6005)
W2: F2=120 мм2 ; Iдд = 390А I1ном = 400А (ТФНД-110М - 4005)
W3: F3=120 мм2 ; Iдд = 390А I1ном = 400А (ТФНД-110М - 4005)
К установке принимаем трансформатор напряжения НКФ-110
3. Выбор схем устройств релейной защиты
Характеристика устанавливаемых МТЗ
Л1: с независимой характеристикой на переменном оперативном токе;
Л2: с зависимой характеристикой на выпрямленном оперативном токе.
Схемы защит приведены в графической части курсового проекта.
4. Выбор параметров срабатывания защит от междуфазных КЗ и проверка их по чувствительности.
ступень защиты (РТ-40): ТО – без выдержки времени
Выбираем реле РТ-4050
ступень защиты: МТЗ (РТ-40):
tср = 1 + 05 + 05 = 2с
Т.к. защиты обладают недостаточной чувствительностью следует установить на линии МТЗ с комбинированным пуском по напряжению. Для этого в схему измерительных органов МТЗ включаются три реле минимального напряжения.
Ток срабатывания защиты третьей ступени с комбинированным пуском по напряжению:
Напряжение срабатывания защиты определяется по 2-м условиям:
) по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ:
) по условию отстройки от напряжения самозапуска при включении от АПВ или АВР заторможенных двигателей:
Из 1) и 2) выбираем меньшее
Выбираем реле РТ-4020 РН-54160 РСВ18-13
ступень защиты (РТ-85): ТО с выдержкой времени
Т.к. уставку тока на реле РТ-85 поставить невозможно то необходимо выбрать трансформаторы тока с большим первичным номинальным током и соответственно будет больше коэффициент трансформации в результате этого ток срабатывания реле снизится до необходимого уровня.
На линии БВ устанавливаем трансформаторы тока ТФНД-110М - 10005.
где – минимальное значение тока КЗ при КЗ на подстанции В в минимальном режиме работы системы.
Т.к. коэффициент чувствительности меньше 15 то использование второй ступени защиты нецелесообразно.
ступень защиты: МТЗ (РТ-85)
Выбираем реле РТ-851 РН-54160
5. Защита от однофазных коротких замыканий.
Используется фильтровая защита от однофазных замыканий на землю. Берется схема на сумму токов трех фаз с действием на отключение.
Выдержка времени защиты выбирается по ступенчатому принципу. Ток срабатывания реле отстраивается от тока небаланса:
где = 125 – коэффициент отстройки учитывающий погрешность и необходимый запас;
- максимальный расчётный ток небаланса.
где = 1 – коэффициент однотипности ТА;
= 20 – учитывает апериодическую составляющую тока;
= 10 % - максимальная погрешность ТА;
- действующее значение установившегося тока внешнего трёхфазного КЗ при повреждении в конце линии в максимальном режиме системы.
Выбираем реле РТ-406
Релейная защита понижающих силовых трансформаторов.
Задан одиночно работающий понижающий двухобмоточный трансформатор оснащенный устройством РПН. С высокой и низкой сторон трансформатора установлены выключатели.
Для трансформаторов предусматриваются устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
)многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;
)токов в обмотках обусловленных внешним коротким замыканием;
)токов в обмотках обусловленных перегрузкой;
)витковых замыканиях в обмотках;
)понижения уровня масла;
)однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
Защита трансформатора выполнена на выпрямленном оперативном токе.
Диапазон регулирования
Значения напряжений короткого замыкания %:UК СР = 105; UК МАКС = 116; UК МИН = 98.
Первичная схема защищаемого силового трансформатора.
1. Выбор трансформаторов тока и напряжения.
Для силового трансформатора принимаем:
Принимаем к установке ТФНД-110М
Принимаем к установке ТПЛ – 10
Трансформатор напряжения: НТМИ – 10000100
2. Расчет токов короткого замыкания.
Расчет токов короткого замыкания производим для максимального и минимального режимов работы с учетом наличия устройства регулирования под нагрузкой (РПН). Сопротивления трансформатора (Ом) рассчитываем следующим образом:
Вычисления максимального и минимального тока КЗ.
Приведение к стороне НН приводится с помощью коэффициента трансформации:
Токи при двухфазном КЗ вычисляются по формуле:
3. Дифференциальная токовая защита.
Защита выполняется с реле серии РНТ-560.
Определяем первичные номинальные токи на сторонах высокого и низкого напряжения силового трансформатора:
Определяем вторичные токи в плечах защиты (в номинальном режиме):
За основную сторону защищаемого трансформатора принимаем сторону питания т.е. сторону высокого напряжения.
Определяем первичный ток срабатывания защиты. Отстройка от расчетного тока небаланса при переходном режиме внешнего КЗ:
где -периодическая составляющая тока переходящего КЗ трансформатор при расчетном внешнем КЗ и приведенного к высокой стороне
= 1 – коэффициент учитывающий переходный режим
= 1 – коэффициент однотипности
e = 01 – относительное значение полной погрешности ТА;
DU* - относительная погрешность обусловленная регулированием напряжения принимая равный диапазон регулирования;
– расчетное число витков обмотки НТТ неосновной стороны;
– фактическое число витков обмотки НТТ неосновной стороны;
Т.к. число витков еще не определено то на первом этапе вычисляется без учета
Отстройка от броска намагничивающего тока при включении трансформатора на холостой ход производится по выражению:
- коэффициент отстройки защиты от броска намагничивающего тока:
Из двух полученных значений принимаем большее:
Производится предварительная проверка чувствительности:
где = - коэффициент схемы определяемый видом повреждения схемой соединения ТА защиты на стороне основного питания и схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора.
Т.к. 2 то расчет следует прекратить и перейти к расчету защиты выполняемой с реле ДЗТ-11.
Расчет дифференциальной токовой защиты с реле ДЗТ-11
Первичный ток срабатывания защиты из условия отстройки от броска тока намагничивания
Расчетный ток срабатывания реле приведенный к стороне ВН:
Число витков рабочей обмотки реле включаемых в плечо защиты со стороны ВН:
Число витков рабочей обмотки реле включенных в плечо защиты со стороны НН:
DU* - относительная погрешность обусловленная РПН принимается равной половине суммарного диапазона регулирования.
a - угол наклона касательной к тормозной характеристике реле ДЗТ-11 = 075
Минимальное значение тока в реле при двухфазном КЗ на выводах НН:
на среднем ответвлении РПН
где - минимальное значение тока в обмотках трансформатора при 2-х фазном КЗ на среднем ответвлении РПН выводах НН
на крайнем ответвлении
где I - минимальное значение токов в обмотках трансформатора при 2-х фазном КЗ на крайнем ответвлении РПН выводах НН.
Минимальное значение коэффициента чувствительности защиты при 2-х фазном КЗ на выводах НН:
на среднем ответвлении РПН:
на крайнем ответвлении РПН:
4 Максимальная токовая защита
Защита является резервной предназначенная для отключения трансформаторов от источника питания как при повреждениях самих трансформаторов и отказе основных защит так и при повреждении смежного оборудования и отказа его защит или выключателей.
На трансформаторах с высшим напряжением 110 кВ МТЗ выполняется с независимой характеристикой.
Ток срабатывания защиты:
Ток срабатывания реле:
Выдержка времени выбирается из условий селективности на ступень выше выдержки времени защит присоединений питающихся от трансформатора.
где = 1с – наибольшее время срабатывания защиты отходящих линий с шин НН
Dt = 05с – ступень селективности
Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном КЗ на шинах НН трансформатора при минимальном режиме системы и наибольшем сопротивлении трансформатора.
Т.к. защита обладает недостаточной чувствительностью следует установить на линии МТЗ с комбинированным пуском по напряжению. Для этого в схему измерительных органов МТЗ включаются три реле минимального напряжения.
Выбираем реле РТ-4050 РН-54160 РСВ18-13
5. Защита трансформатора от перегрузки.
Защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ включенной на ток одной фазы.
Защита на двухобмоточных трансформаторах устанавливается со стороны питания и действует с выдержкой времени на сигнал.
Выбираем реле РТ-406 РСВ18-13
6. Токовая защита от внешних КЗ на землю.
Т.к. трансформатор со стороны высокого напряжения имеет глухозаземленную нейтраль то возникает необходимость защищать трансформатор от внешних КЗ на землю. Токовая защита представляет собой защиту нулевой последовательности.
Защита состоит из одного реле тока KA подключенного к трехтрансформаторному фильтру тока (ТА1 – ТА3) нулевой последовательности. В случае недостаточной чувствительности она дополняется четвертой ступенью. Использование тока нулевой последовательности в качестве воздействующей величины позволяет повысить чувствительность токовой защиты к коротким замыканиям на землю и уменьшить выдержку времени ее последней ступени. Выполняется на реле РТ-40.
7. Газовая защита трансформатора.
Обмотки большинства трансформаторов помещены в бак залитый маслом которое используется как для изоляции обмоток так и для их охлаждения. При возникновении внутри бака электрической дуги к.з. а также при перегреве обмоток масло разлагается что сопровождается выделением газа. Это явление и используется для создания газовой защиты.
Движение масла через газовое реле вызванное к. з. внутри бака трансформатора обычно является толчкообразным: Поэтому замыкание основных контактов может быть ненадежным (перемежающимся) что учитывается при выполнении схемы газовой защиты трансформатора.
Поскольку газовая защита может сработать ложно например вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливки свежего масла в схеме защиты предусмотрены переключающее устройство ПУ и резистор R с помощью которых действие газовой защиты может быть переведено на сигнал.
Достоинствами газовой защиты являются простота выполнения срабатывание при всех видах повреждения внутри бака трансформатора высокая чувствительность; сравнительно небольшое время срабатывания.
Однако газовая защита естественно не срабатывает при повреждениях вне бака трансформатора. Поэтому она не может быть единственной основной защитой трансформатора.
Библиографический список.
Андреев В. А. Релейная защита автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. –М. Высшая школа 1985.
Беркович М. А. и др. Основы техники релейной защиты. –М. Энергоатомиздат 1984.
Авербух А. М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. –Л. Энергия 1975.
Шабад М. А. Защита трансформаторов распределительных сетей. –Л. Энергоатомиздат 1981.
Руководящие указания по релейной защите. Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты и автоматики. –М. Энергия 1979.
ПУЭ под редакцией С. Г. Королева 6-е издание. –М. Энергоатомиздат 2008.
Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов 110 – 500кВ. Расчеты. –М. Энергоатомиздат 1985.