РЗ кабельных и воздушных линий с односторонним питанием и понижающего силового трансформатора

Русин 17.docx

Релейная защита КЛ с односторонним питанием стр.6
1 Расчет токов КЗ и построение векторных диаграмм токов и напряжений стр.6
2 Выбор трансформаторов тока и напряжения стр.9
3 Выбор схем устройств релейной защиты стр.9
4 Выбор параметров срабатывания защит от междуфазных КЗ и проверка их
по чувствительности стр.9
Релейная защита понижающих силовых трансформаторов стр.11
1 Выбор трансформаторов тока и напряжения стр.12
2 Расчет токов КЗ стр.12
3 Дифференциальная токовая защита стр.13
3.1 С реле РНТ-560 стр.13
4 Максимальная токовая защита стр.14
5 Защита трансформатора от перегрузок стр.15
6 Токовая защита от внешних КЗ на землю стр.15
7 Газовая защита трансформатора стр.15
Библиографический список стр.17
В энергетических системах на электрооборудовании электростанций в электрических сетях и на электроустановках потребителей электроэнергии могут возникать повреждения и ненормальные режимы.
Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.
Повышенный ток выделяет большое количество тепла вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования по которым этот ток проходит.
Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.
Ненормальные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.
Таким образом повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.
Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети восстанавливая таким путем нормальные условия работы энергосистемы и потребителей.
Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например: снизить ток при его возрастании повысить напряжение при его снижении и т. д.).
В связи с этим и возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.
Первоначально в качестве защитных устройств применялись плавкие предохранители. Однако по мере роста мощности и напряжении электрических установок и усложнения их схем коммутации такой способ защиты стал недостаточным в силу чего был и созданы защитные устройства выполняемые при помощи специальных автоматов — реле получившие название релейной защиты.
Релейная защита является основным видом электрической автоматики без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.
При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок воздействуя на специальные силовые выключатели предназначенные для размыкания токов повреждения.
При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их и в зависимости от характера нарушения производит операции необходимые для восстановления нормального режима или подает сигнал дежурному персоналу
В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей.
К основным устройствам такой автоматики относятся: автоматы повторного включения (АПВ) автоматы включения резервных источников питания и оборудования (АВР) и автоматы частотной разгрузки (АЧР).
Рассмотрим более подробно основные виды повреждений и ненормальных режимов возникающих в электрических установках и их последствия.
Повреждения в электроустановках.
Большинство повреждений в электрических системах приводит к коротким замыканиям фаз между собой или на землю (рис. 1-1). В обмотках электрических машин и трансформаторов кроме того бывают замыкания между витками одной фазы.
Основными причинами повреждений являются: нарушения изоляции вызванные старением ее неудовлетворительным состоянием перенапряжениями и механическими повреждениями (обрыв проводов наброс на провода и др.) и ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой включение под напряжение на оставленную закоротку и т. п.).
Все повреждения являются следствием конструктивных недостатков или несовершенства оборудования некачественного его изготовления дефектов монтажа ошибок при проектировании неудовлетворительного или неправильного ухода за оборудованием ненормальных режимов работы оборудования. Поэтому повреждения нельзя считать неизбежными но в то же время нельзя и не учитывать возможность их возникновения.
Короткие замыкания (к.з.) являются наиболее опасным и тяжелым видом повреждения. При к.з. э.д.с. Е источника питания (генератора) замыкается «накоротко» через относительно малое сопротивление генераторов трансформаторов и линий.
Поэтому в контуре замкнутой накоротко э.д.с. возникает большой ток Iк.з Называемый током короткого замыкания.
Короткие замыкания подразделяются на трехфазные двухфазные и однофазные в зависимости от числа замкнутых фаз; замыкания с землей и без земли; замыкания в одной и двух точках сети.
Ненормальные режимы.
К ненормальным относятся режимы связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока напряжения и частоты опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы.
Основные требования предъявляемые к релейной защите.
Селективность. Селективностью или избирательностью защиты называется способность защиты отключать при к.з. только поврежденный участок сети.
Быстродействие. Отключение к.з. должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования повышения эффективности АПВ линий и сборных шин уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов электростанций и энергосистемы в целом. Последнее из перечисленных условий является главным.
Чувствительность. Чувствительность защиты должна быть такой чтобы она действовала при к.з. в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме системы и при замыкании через электрическую дугу.
Надежность. Требование надежности состоит в том что защита должна безотказно работать при к.з. в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах при которых ее работа не предусматривается.
Задание на курсовой проект.
Задание 1. Релейная защита кабельной линии с односторонним питанием.
Дана радиальная распределительная сеть состоящая из участков линий электропередачи одного напряжения (см. рис. 1). Напряжение сети – 6 кВ. Сеть работает с изолированной нейтралью и характеризуется малыми 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 кабельных линий.
Значение токов трехфазного КЗ для максимального и минимального режимов сети на п.ст. А:
Релейная защита КЛ с односторонним питанием
1. Расчет токов короткого замыкания и построение векторных диаграмм токов и напряжений.
Сопротивление системы определяется по формуле
где Хс – сопротивление системы
Uн – номинальное 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 = 275А I1ном = 300А (ТПОФ6 - 3005)
W2: F1=120 мм2 ; Iдд = 240А I1ном = 300А (ТПОФ6 - 3005)
W3: F1=65 мм2 ; Iдд = 205А I1ном = 300А (ТПОФ6 - 3005)
К установке принимаем трансформатор напряжения однофазный НОМ-6.
3. Выбор схем устройств релейной защиты
Характеристика устанавливаемых МТЗ
Л1: с независимой характеристикой на постоянном оперативном токе;
Л2: с независимой характеристикой на переменном оперативном токе.
Схемы защит приведены в графической части курсового проекта.
4Выбор параметров срабатывания защит от междуфазных КЗ и проверка их по чувствительности.
ступень защиты (РТ-40): ТО – без выдержки времени
Выбираем реле РТ-40200
ступень защиты: МТЗ (РТ-40):
tср = 1 + 05 + 05 = 2с
Выбираем реле РТ-4020
ступень защиты (РТ-40): ТО с выдержкой времени
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-40)
Выбираем реле РТ-4020
Защита от однофазных коротких замыканий.
При выполнении защиты используются кабельные трансформаторы тока нулевой последовательности.
- максимальный ёмкостный ток линий W1 W2 и W3 при однофазном замыкании на других присоединениях сети определяемый по формуле:
где - ток нулевой последовательности проходящий по линии при однофазном замыкании на ней. Определяется емкостью всех неповрежденных линий
Выбираем реле РТ-4006
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 сетях с изолированной нейтралью.
Защита трансформатора выполнена на переменном оперативном токе.
Диапазон регулирования
Первичная схема защищаемого силового трансформатора.
1. Выбор трансформаторов тока и напряжения.
Для силового трансформатора принимаем:
Принимаем к установке ТФНД-110М
Принимаем к установке ТШЛК – 10
Трансформатор напряжения: НАМИ – 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-565.
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
= 01 – относительное значение полной погрешности ТА;
U* - 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.
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.
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
t = 05с – ступень селективности
Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном КЗ на шинах НН трансформатора при минимальном режиме системы и наибольшем сопротивлении трансформатора.
Т.к. чувствительность недостаточная то применяем блокировку по напряжению:
5. Максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения
Первичный ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора на стороне где устанавливается защита по выражению
где = 125 – коэффициент отстройки учитывающий погрешность реле необходимый запас и возможность увеличения номинального тока при регулировании напряжения.
Первичное напряжение срабатывания минимального реле напряжения включённого на междуфазное напряжение определяется по следующим условиям :
) по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ :
) по условию отстройки от напряжения самозапуска при включении от АПВ или АВР заторможенных двигателей :
где – междуфазное напряжение в месте установки защиты в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ; – определяется расчётом по известному току самозапуска в ориентировочных расчётах может быть равным 085 UНОМ ;
UЗАП – междуфазное напряжение в месте установки защиты в условиях заторможенных двигателей нагрузки при включении их от АПВ или АВР ; определяется расчётом в ориентировочных расчётах может быть принято равным 07 UНОМ ; = 12 ; = 12.
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.
Выдержка времени принимается на ступень селективности больше чем время срабатывания защиты от внешних КЗ т.к. трансформатор может работать с перегрузкой некоторое время зависящее от вида охлаждения трансформатора и среднегодовой температуры места установки трансформатора.
Выбираем реле РТ-406 РСВ18-13
6. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью.
Т.к. сети 35 кВ работают с изолированной нейтралью то токи замыкания на землю будут незначительными. Отключение трансформатора не требуется. Следовательно на трансформаторе 35 кВ принимается сигнализация однофазных замыканий на землю в обмотке ВН. Токовое реле этой сигнализации включается в нулевой провод полной звезды трансформаторов тока. Сигнализация выполняется на базе 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 1980.
Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов 110 – 500кВ. Расчеты. –М. Энергоатомиздат 1985.

РУСИН МОЙ.cdw

Схема устройства сигнализации при замыкании на землю
кабельный ТТ нулевой
Защита с реле прямого действия для линии W1
Цепи отключения вводов 110 и 10 кВ
от дифференциальной защиты и МТЗ
Схема токовой защиты с независимой характеристикой на переменном оперативном токе для линии W2
КА - реле РТ-4020; КL - реле РП-23; КН - реле РУ-21.
Цепи промежуточных реле
КА2 - реле РТ-4020; КА3
Схема газовой защиты
Дифференциальная токовая защита
Сигнализация от однофазных замыкканий на землю
Максимальная токовая защита
Защита от перегрузки