Расчёт релейной защиты линии 220 кВ: ВЧ ДФЗ, токовая отсечка

Жиляев Д.А, Чертеж №2.cdw

Фиксация срабатывания
При КЗ в зоне защиты
Токовые цепи ДФЗ 201
Схема оперативных цепей
Пуск цепи отключения
Схема цепей сигнализации

Жиляев Д.А Чертёж №1.cdw

Жиляев ДА Релейная защита ПЗ.doc

Уфимский государственный авиационный технический университет
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине:
(обозначение документа)
Выбор основного оборудования7
Выбор схем распределительных устройств9
1Выбор схемы распределительного устройства на высоком напряжении 220 кВ9
2Выбор схемы распределительного устройства на стороне низкого напряжения.9
Расчет токов короткого замыкания11
1Составление расчетной схемы11
2Составление схемы замещения цепи и определение ее параметров.12
3Расчёт КЗ в точке К1.14
4Расчет тока короткого замыкания в точке К2 (при включенном СВ)14
5Расчет тока короткого замыкания в точке К2 (при выключенном СВ)15
Выбор выключателей и разъединителей17
1Выбор выключателей РУВН 220 кВ17
2Выбор выключателей на РУНН 10 кВ18
3Выбор измерительных трансформаторов тока 220 кВ18
4Выбор измерительных трансформаторов напряжения 220 кВ19
5Выбор измерительных трансформаторов тока 10кВ19
6Выбор измерительных трансформаторов напряжения 6 кВ20
Расчёт защиты линии21
2Расчёт токовой отсечки22
3Высокочастотная дифференциальная фазная защита линии25
4Расчёт высокочастотной дифференциальной фазной защиты линии26
В данном курсовом проекте произведен выбор мощности трансформаторов на подстанции. Расчет количества линий на стороне НН. Выбраны схемы распределительных устройств. Рассчитаны токи трехфазного короткого замыкания. Выбраны выключатели трансформаторы тока и напряжения.
Рассчитана основная и резервная релейная защита трансформатора подстанции 22010кВ.
Качество и надёжность электроснабжения является приоритетным в народном хозяйстве поэтому системы защиты трансформаторов и оборудования станций и подстанций имеет важное значение.
Цель курсового проекта – спроектировать электрическую часть понижающей подстанции 22010 кВ.
В курсовом проекте выбраны число линий на НН схемы распределительных устройств выполнен расчет токов трехфазных коротких замыканий выбраны выключатели типы трансформаторов тока и напряжения выполнен расчет основной и релейной защиты силового трансформатора.
Понижающие подстанции предназначены для распределения энергии по сети НН и создания пунктов соединения сети ВН (коммутационных пунктов). Определяющей для выбора места размещения подстанции является схема сети СН для питания которой предназначена рассматриваемая подстанция. Оптимальная мощность и радиус действия подстанции определяются плотностью нагрузок в районе её размещения и схемой сети НН.
Классификация подстанций по их месту и способу присоединения к сети нормативными документами не установлена. Исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций их можно подразделить на: тупиковые ответвительные проходные и узловые.
В соответствии с заданием выдана структурная схема объекта и необходимые данные для проектирования курсового проекта.
Рисунок 1.1 – Схема электрической сети.
Дана подстанция ПС2. Необходимо рассчитать основную и дополнительную защиту линии W2. За основную принимаем диффазную защиту а за дополнительную – токовую отсечку.
Токи КЗ на шинах ЭС1:
Токи КЗ на шинах ЭС2:
Выбор основного оборудования
Нормами технологического проектирования рекомендуется устанавливать на ПС два трансформатора связи чтобы в случае отключения одного из них оставшийся в работе смог частично или полностью обеспечить потребителей электроэнергией. Установка трех и более трансформаторов как правило нецелесообразно так как приводит к существенному увеличению капитальных вложений в схему РУ. Так же НТП рекомендует устанавливать трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения для ограничения токов короткого замыкания.
Выбираем два параллельно работающих трансформатора. Выбранные трансформаторы должны обеспечивать питание всех потребителей при оптимальной загрузки трансформатора - (07-08) Sн.т. а в аварийном режиме один трансформатор оставшийся в работе обеспечит питание потребителей с учетом перегрузки на 40%.
Условия выбора трансформаторов связи:
По указанным условиям определяем параметры выбираемых трансформаторов:
Принимаем трансформатор ТРДН-32000220.
Проверка трансформатора на аварийный режим при котором один из трансформаторов отключен:
Трансформатор проходит проверку.
Таблица 2.1– Технические данные трансформатора.
Выбор схем распределительных устройств
1Выбор схемы распределительного устройства на высоком напряжении 220 кВ
Согласно выданному заданию на стороне ВН 4 линии.
2Выбор схемы распределительного устройства на стороне низкого напряжения.
Для выбора схемы РУНН необходимо рассчитать количество отходящих линий:
Для надежности и удобства принимают количество линий равным 8 .
Для РУ 6-35 кВ применяется схема с одной секционированной системой сборных шин. На каждую цепь необходим один выключатель который служит для включения и отключения цепи в нормальном и аварийном режиме. Достоинством схемы является простота. Операции с разъединителями необходимы только при выводе присоединения в целях обеспечения безопасного производства работ. Вследствие однотипности простоты операций с разъединителями аварийность из-за неправильных действий с ними дежурного персонала мала что относятся к достоинствам рассматриваемой схемы. Помимо этого авария на сборных шинах приводит к отключению только одного источника и половины потребителей;
Вторая секция и все присоединения к ней остаются в работе.
Рисунок 3.1 Неполная принципиальная схема подстанции.
Расчет токов короткого замыкания
Расчеты токов КЗ необходимы:
- для сопоставления оценки выбора главных схем электрических станций сетей и подстанций;
- выбора и проверки электрических аппаратов и проводников;
- проектирования и настройки устройств РЗ и автоматики;
- проектирования заземляющих устройств;
- определения влияния токов нулевой последовательности линий электропередачи на линии связи;
- анализа аварий в электроустановках и электрических системах;
- анализа устойчивости работы энергосистем.
В соответствии с заданным заданием рассчитываются токи КЗ на линиях 220 кВ и на шинах ВН и НН за трансформатором Т1.
1Составление расчетной схемы
Расчетная схема электроустановки - упрощенная однолинейная схема установки с указанием всех элементов а также их параметров влияющие на токи КЗ и следовательно они должны быть учтены при выполнении операций расчета. Вид расчетной схемы будет следующим:
Рисунок 4.1 Расчетная схема
2Составление схемы замещения цепи и определение ее параметров.
Схема замещения - электрическая схема соответствующая по исходным данным расчетной схеме но в которой все магнитные связи заменены электрическими.
Рисунок 4.2 Схема замещения.
Расчет параметров схемы замещения а также токов КЗ произведем в относительных единицах. Базисную мощность условно примем для упрощения выполнения вычислительных операций.
Расчёт сопротивлений систем:
Расчёт сопротивлений линий:
Расчёт сопротивлений трансформаторов:
3Расчёт КЗ в точке К1.
Составим схему замещения для расчёта КЗ в точке К1.
Рисунок 4.3 Схема замещения для расчёта КЗ в точке К1.
4Расчет тока короткого замыкания в точке К2 (при включенном СВ)
Составим схему замещения для точки К2 при включенном СВ.
Рисунок 4.4 Схема замещения для расчёта КЗ в точке К2 (при включенном СВ)
5Расчет тока короткого замыкания в точке К2 (при выключенном СВ)
Составим схему замещения для точки К2 при выключенном СВ.
Рисунок 4.5 Схема замещения для точки К2 при выключенном СВ.
Периодический ток КЗ:
Таблица 4.1 Сводная таблица токов КЗ
Выбор выключателей и разъединителей
1Выбор выключателей РУВН 220 кВ
В пределах РУ выключатели выбираются по цепи самого мощного присоединения в нашем случае это трансформаторы ТРДН-250001106.
Выключатели выбираются по следующим условиям:
Номинальный и максимальный ток цепи:
По полученным данным выбираем выключатель ВЭБ–220–503150У1
0кВ – номинальное напряжение
50А – номинальный ток
У1 – климатическое исполнение.
Таблица 5.1 – Технические данные выключателя ВЭБ–220–503150 У1
2Выбор выключателей на РУНН 10 кВ
По полученным данным выбираем вакуумный выключатель ВРС–10–20630.
Таблица 5.2– Технические данные выключателя ВРС–10–20630
3Выбор измерительных трансформаторов тока 220 кВ
Трансформаторы тока устанавливаются на каждом выключателе. Выбираем трансформатор тока встроенный в выключатель.
Выбираем трансформатор тока типа ТВ-220–6005 (трансформатор тока встроенный в выключатель).
Таблица 5.3 – Технические данные трансформатора ТВ-220–6005
4Выбор измерительных трансформаторов напряжения 220 кВ
Трансформаторы напряжения выбирают только по номинальному напряжению.
Таблица 5.4 – Технические данные трансформатора ЗНГА-220
Sном ВА в классе точности
5Выбор измерительных трансформаторов тока 10кВ
Комплектные распределительные устройства серии КУ 10С поставляются со встроенными трансформаторами тока серии ТЛК-10. На низкую сторону трансформатора и на секционный выключатель КУ 10С поставляется со встроенным трансформатором тока типа ТЛК-10 рассчитанным на первичный ток Iн1=2000А;
Таблица 5.5– Технические данные трансформатора ТЛК-10
6Выбор измерительных трансформаторов напряжения 6 кВ
Выбираем трансформатор серии ЗНОЛ-10 (трансформатор напряжения заземленный однофазный с литой изоляцией).
Таблица 5.6 – Технические данные трансформатора ЗНОЛ-10
Устройства данной защиты контролируют величину силы тока на защищаемом участке. В случае увеличения силы тока выше определённого значения защита срабатывает на отключение этого участка.
Значение величины силы тока при котором срабатывает защита называется уставка.
Уставку обычно выбирают таким образом чтобы цепь обесточилась быстрее чем в ней произойдут серьёзные разрушения
Величина электрического тока протекающего через цепь во время короткого замыкания зависит от того в каком месте это замыкание произошло. Чем это место ближе к источнику тока тем больше величина силы тока. Это свойство позволяет обеспечивать данной защитой требование селективности. Для того чтобы защита срабатывала непосредственно на том участке на котором она установлена её уставку принимают большей чем значение силы тока короткого замыкания вне защищаемого участка. В этом случае защита не сработает если короткое замыкание произойдёт вне защищаемого участка. Благодаря этому токовую отсечку называют защитой с абсолютной селективностью.
В отдельных случаях токовая отсечка может быть выполнена неселективной. В этом случае она защищает не отдельный участок линии а всю линию целиком. Выполнение такой защиты оправдано тем что сразу после её действия начинает работать устройство АПВ. Если АПВ оказывается неуспешным то срабатывает дифференциальная защита шин.
Токовые отсечки подразделяются по величине выдержки времени срабатывания:
– мгновенные токовые отсечки
– отсечки с выдержкой времени
Время действия мгновенной токовой отсечки определяется собственным временем срабатывания пускового элемента (токовое реле) промежуточных элементов (промежуточных реле подающих сигнал отключения непосредственно на расцепитель выключателя). Обычно время срабатывания мгновенной отсечки составляет 004-006 с. Отсечки с выдержкой времени имеют время срабатывания 025-06 с для чего специально вводится элемент выдержки времени. Автоматические выключатели с наличием функции отсечки с выдержкой времени называются селективными автоматическими выключателями. Применение мгновенной токовой отсечки в сочетании с отсечкой с выдержкой по времени позволяет выполнять защиту линий с минимальным временем и селективно (здесь селективность выполняется аналогично принципу максимально-токовой защиты: по времени). Если же выдержка времени токовой защиты составляет более 06 с то такие защиты относят уже к максимально-токовым защитам (МТЗ).
В данном проекте токовая отсечка используется в качестве дополнительной защиты.
2Расчёт токовой отсечки
Составим схему замещения.
Рисунок 6.1 – Схема замещения для расчёта токовой отсечки.
Максимальный ток в конце линии:
Ток КЗ за спиной защиты:
Отстраиваемся от максимального тока в данном случае это ток КЗ за спиной защиты.
Для защиты 1 условие чувствительности не выполняется.
Для защиты 2 условие чувствительности выполняется.
Так как для защиты 1 условие чувствительности не выполняется то применяем следующие меры: оперативный ток на отсечку заводится через контакт реле направления мощности.
Теперь за расчётный ток принимается ток качания.
Коэффициент чувствительности снова не проходит по условию.
Примем за расчётный ток максимальный ток КЗ в конце линии.
Защита 1 неселективна используется только при опробовании линии при этом :
3Высокочастотная дифференциальная фазная защита линии
Любая высокочастотная защита состоит из двух полукомплектов установленных по концам линии. Каждый полукомплект включает релейную часть и высокочастотную часть.
Релейная часть фиксирует факт КЗ. ВЧ часть определяет где находится КЗ – на линии или за ней.
ВЧ защиты являются абсолютно селективными и применяются в тех случаях когда по условиям устойчивости требуется отключить КЗ без выдержки времени в пределах всей линии.
При КЗ происходит обмен ВЧ сигналами: разрешающими или блокирующими. Как правило используют блокирующие сигналы так как при нарушении ВЧ сигнала это не приводит к отказу защиты.
Принцип ВЧ ДФЗ основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. При этом фаза тока считается положительной если ток напрвлен из шин в линию и отрицательной – если от линии к шинам.
При внешнем КЗ токи I1 и I2 замеряемые по концам линии всегда будут находиться в противофазе то есть разница углов 1 и 2 примерно равна 1800.
При КЗ в зоне оба тока имеют положительное направление. Фазы токов примерно одинаковые.
По величине разности фаз модно судить о том находится ли данное КЗ в зоне защищаемой линии или за её пределами. Сравнение фаз осуществляется с помощью с помощью обмена ВЧ сигналами. Для этого используется принцип манипуляции который является главной отличительной особенностью ВЧ ДФЗ.
Манипуляция заключается в том что генерация ВЧ импульсов в положительный полупериод промышленного тока.
Орган манипуляции управляет работой ВЧ генератора.
Защита состоит из двух полукомплектов при КЗ запускаются оба ВЧГ. Действие защиты основано на анализе суммарного сигнала этих ВЧГ. При внешнем КЗ генераторы по концам линии работают в разные полупериоды промышленного тока. Поэтому результирующий ВЧ сигнал будет сплошным и заблокирует защиту. При КЗ в зоне оба генератора работают в одни и теже полупериоды. Результирующий ВЧ сигнал будет содержать паузы. Паузы приводят к срабатыванию защиты.
4Расчёт высокочастотной дифференциальной фазной защиты линии
4.1Схемы замещения прямой и нулевой последовательности
Составим схему замещения системы для расчёта схемы замещения прямой последовательности.
Рисунок 6.2 – Схема замещения системы
Рисунок 6.3 – Схема замещения прямой последовательности.
Составим схему замещения системы для расчёта схемы замещения нулевой последовательности. Для этого нужно выбрать трансформаторы для ПС1 и ПС3. Так же при расчёте нужно учитывать что сопротивление параллельных линий увеличивается в 3 раза. Сопротивление систем С1 и С2 берётся из задания.
Для ПС1 принимаем трансформатор АТДЦТН–125000220110.
Рассчитаем его сопротивления:
Для ПС3 принимаем трансформатор ТД-80000.
Рассчитаем его сопротивление:
Составим схему замещения системы для расчёта схемы замещения нулевой последовательности.
Рисунок 6.4 Схема замещения системы
Рисунок 6.5 Схема замещения нулевой последовательности
4.2Проверка условия необходимости установки защиты ВЧ ДФЗ.
Так как условие выполняется то необходимо устанавливать защиту ВЧ ДФЗ как основную.
Значение при КЗ в точке К1
Значение при КЗ в точке К2
Результирующее сопротивление прямой последовательности
Результирующее сопротивление нулевой последовательности
Суммарный ток двойного замыкания на землю
Часть тока протекающего по расчётной линии
Ток обратной последовательности
Суммарный ток однофазного КЗ
4.4Расчет уставок пусковых реле
4.4.1Расчёт тока срабатывания реле пуска ВЧГ по условию отстройки от максимального тока линии.
где – коэффициент надёжности
– коэффициент возврата
– допустимый ток по линии
4.4.2Расчёт тока срабатывания реле пускающего цепь ВЧГ.
Этот ток согласовывается по чувствительности с реле тока действующим на пуск ВЧГ полукомплекта установленным на противоположном конце защиты линии. – коэффициент согласования.
4.4.3Расчёт уставок фильтр-реле действующего на пуск ВЧГ.
Рассматривается возможность использования тока нулевой последовательности в пусковом органе.
4.4.4Отстройка пускового реле от тока небаланса в максимально нагрузочном режиме.
где – отношение тока срабатывания защиты отключенного реле к току срабатывания пускового реле;
– коэффициент надёжности;
– коэффициент возврата;
– коэффициент небаланса;
Принимаем уставку по току обратной последовательности:
4.4.5Проверка возможности применения реле для действия при трёхфазных КЗ.
Отстройка производится от минимального напряжения в максимальном нагрузочном режиме:
где – коэффициент надёжности – коэффициент возрата.
Применяемость реле оценивается по выражению:
Где – первичный ток срабатывания реле 1
– сопротивление защищаемой линии;
– наименьшие коэффициенты чувствительности реле тока и напряжения при трёхфазном КЗ в конце линии.
Условие выполняется.
4.4.6Расчёт органа манипуляции
Проверяем допустимость принятия значения по условию обеспечения преимущественного сравнения фаз токов нулевой последовательности при повреждении защищаемой линии.
– коэффициент фильтра манипуляции.
Двойное замыкание фаз на защищаемой линии у противоположной подстанции:
и –расчётные первичные токи прямой и нулевой последовательности при несимметричном КЗ на не защищаемой линии.
4.4.7Проверяем наличие на выходе фильтра манипуляции напряжения достаточного для надёжной манипуляции при несимметричных КЗ.
Где – минимальный вторичный ток прямой последовательности на входе фильтра манипуляции при котором обеспечивается надёжная манипуляция.
4.4.8Проверка наличия на выходе фильтра манипуляции напряжения достаточного для удачной манипуляции при симметричных КЗ.
Проверка производится для случая симметричного КЗ у шин ПС на которой установлен рассматриваемый полукомплект защит.
где – погрешность ТА.
4.5Выбор типов реле:
– РТ-4010 с последовательным соединением.
– РТ-4010 с параллельным соединением.