Разработка релейной защиты участка сети

 

Белорусский Национальный Технический  Университет

Энергетический факультет

Кафедра «Электрические станции»

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

по дисциплине «Релейная защита»

 

Тема: «Разработка релейной защиты участка сети»

 

 

 

 

 

Исполнитель :                                             студент гр. 106619

Замулко Павел Викторович

 

Руководитель:                                        профессор Романюк Фёдор Алексеевич

 

 

 

 

Минск 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Стр.

 

   ВВЕДЕНИЕ 4

1 ИСХОДНЫЕ  ДАННЫЕ 5

2 ВЫБОР ВИДОВ  И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ  ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ 6

3 ВЫБОР ТИПОВ  ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ  КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ 9

3.1 Выбор типа  трансформатора тока для защиты  линии Л5 9

3.2 Выбор типа  трансформаторов тока для защиты  трансформатора Т2 9

4 РАСЧЕТ ТОКОВ  КЗ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ВЫБОРА УСТАВОК  И ПРОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ  ЗАЩИТ 12

5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ  ВЫБРАННЫХ ЗАЩИТ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ. ВЫБОР ТИПОВ РЕЛЕ 17

5.1 Расчёт  параметров защит установленных  на линии Л5 17

5.2 Расчёт  параметров защиты трансформатора  Т2 20

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ 28

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 29

Приложение 1 30

Продолжение 3 32

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Задача курсовой работы – разработка релейной защиты участка сети и трансформатора.

На выбор принципов действия релейной защиты узла электрической системы влияют конфигурация сети и число источников питания, режим заземления нулевых точек трансформаторов, технические характеристики электрооборудования и линий передачи.

Главная задача проектируемых  устройств защиты – обеспечение  надежности электроснабжения потребителей. Для обеспечения этого они должны удовлетворять следующим основным требованиям быстордействию, селективности, чувствительности и надёжности.

Были поставлены следующие  задачи:

1. Выбрать вид и место установки релейной защиты для элементов сети, указанных в задании;
2. Выбрать тип трансформаторов тока и их коэффициенты трансформации;
3. Расчёт токов КЗ, необходимых для выбора уставок и проверки чувствительности защит;
4. Расчёт параметров выбранных защит элементов сети. Выбор типов реле.

 

 

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

 

Схема представлена на рисунке 1.1 :

Рисунок 1.1 – Схема сети

 

Исходные данные к курсовой работе предоставлены в таблице 1. Согласно указанию преподавателя нагрузка принята равной половине от указанной в исходных данных.

Таблица 1− Исходные данные

G1(МВА)	800	UH1 (кВ)	35
X*G1мин	0,41	UH2 (кВ)	6,3
X*G1макс	0,37	UH4 (кВ)	10,5
G2(МВА)	300	Т1	ТМН–6300
X*G2мин	0,39	Т2,Т3	ТДЦ–80000
X*G2макс	0,35	Н1 (МВА)	2,45
Л1, Л2, Л3, Л4 (АС мм2)	50	Н2=Н3 (МВА)	15,8
Л1 (км)	23	Н4 (МВА)	2,05
Л2 (км)	27	Л5 (АС мм2)	70
Л3 (км)	0	Л5 (км)	7,7
Л4 (км)	37

2 ВЫБОР ВИДОВ  И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ  ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ

 

 

Дистанционные защиты используются для защиты от КЗ линий в сетях сложной конфигурации с любым числом источников питания. Дистанционной называется защита с относительной селективностью, выполняемая с использованием измерительных органов сопротивления.

Для защиты линий Л1, Л2, Л4 от междуфазных КЗ выбираем трёхступенчатую направленную дистанционную защиту. Для защиты от замыканий на землю используем токовую направленную защиту нулевой последовательности (ТНЗНП), которая включает в себя 3 ступени:

1 ступень – направленная  токовая отсечка нулевой последовательности  без выдержки времени;

2 ступень – направленная  токовая отсечка нулевой последовательности  с выдержкой времени;

3 ступень – направленная  МТЗ нулевой последовательности.

Для одиночных линий с  односторонним питанием устанавливают  токовую защиту со ступенчатой характеристикой  выдержки времени.  Применяются типы защиты с независимой или ограничено зависимой характеристикой выдержки времени; с реле прямого или косвенного действия. Первая ступень – токовая  отсечка без выдержки времени; вторая ступень – максимальная токовая  защита (МТЗ).

Следовательно, для защиты линии  Л5 от междуфазных КЗ выбираем именно двухступенчатую токовую защиту. Первая ступень-токовая отсечка, обеспечивает быстрое отключение при КЗ вблизи источников питания, устраняя тем самым главный недостаток максимальной токовой  
защиты – большие выдержки времени.

Вторая ступень-максимальная токовая защита относится к числу защит с относительной селективностью, поэтому может выполнять функции как ближнего, так и дальнего резервирования. Имеет ступенчатую выдержку времени: каждая последующая по направлению к источнику питания защита должна иметь выдержку времени, превышающую выдержку времени предшествующей защиты на ступень Δt.

Защита от замыканий на землю  выполняется с действием  на сигнал, поскольку токи замыкания  на землю не сказываются на работе потребителей. Токовая защита от замыканий на землю реагирует на ток нулевой последовательности. Она выполняется с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности.

На линии Л3 защит не устанавливаем, так как возникшие  на ней повреждения будут отключаться защитами линий Л1 и Л2.

Для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

– многофазных замыканий  в обмотках и на выводах;

– однофазных замыканий  на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

– витковых замыканий в  обмотках;

– токов в обмотках, обусловленных  внешними КЗ;

– токов в обмотках, обусловленных  перегрузкой;

– понижения уровня масла;

– частичного пробоя изоляции вводов 500 кB;

– однофазных замыканий на землю в сетях 3 – 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Для защиты трансформаторов  Т1, Т2 и Т3 устанавливаем продольную дифференциальную защиту, защиту от сверхтоков внешних междуфазных КЗ и защиту от перегрузки. Также устанавливаем газовую защиту, выполненную с помощью специальных газовых реле.

Продольная дифференциальная защита является основной защитой мощных силовых трансформаторов от внутренних повреждений. Зона действия такой защиты определяется расстоянием между двумя измерительными трансформаторами тока. Защита обладает абсолютной селективностью. Принимаем защиту с реле типа РНТ-565, выполненную в виде одного комплекта в предположении, что требуемый минимальный коэффициент чувствительности должен быть не менее 2,0. Принимаем соединение трансформаторов тока дифференциальной защиты в треугольник на стороне высшего напряжения и в звезду на стороне низшего напряжения. Дифференциальная токовая защита действует от всех видов КЗ в обмотках и на выводах, включая витковые замыкания.

Защита от сверхтоков внешних  КЗ предназначена для отключения трансформаторов при внешних КЗ в случае отказа защит присоединений или сборных шин. Она является также резервной защитой от внутренних повреждений в трансформаторах. Защита включается на трансформаторы тока со стороны источника питания.

Максимальная токовая  защита от перегрузки выполняется с  использованием тока одной фазы и  действует с выдержкой времени  на сигнал или отключение. Осуществляется защита одним реле тока типа РТ-40.

Защита от сверхтоков внешних  КЗ и защита от перегрузки устанавливаются со стороны питания.

Все трансформаторы мощностью 1000 МВА  и более имеют газовую защиту, которая реагирует на все виды внутренних повреждений трансформатора, а также действует при утечке масла из бака. Расчёт данной защиты не ведётся, так как подразумевается, что она устанавливается заводом  изготовителем.

 

3 ВЫБОР ТИПОВ  ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ  КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ

 

3.1 Выбор типа  трансформатора тока для защиты  линии Л5

 

Выбор трансформаторов тока (ТТ) для защиты линии Л5 производим по рабочему максимальному току, который рассчитывается по формуле:

,

где – максимальная мощность, протекающая по линии Л5.

,

где U_min – номинальное напряжение линии. Для линии Л5 оно равно 10кВ.

Принимая величины нагрузок равными 50% от заданных в варианте, получим:

.

_{По первичному току выберем ТТ типа ТПЛ-10 с коэффициентом трансформации 150/5.}

3.2 Выбор типа  трансформаторов тока для защиты  трансформатора Т3

 

Выбор типов трансформаторов  тока и их коэффициентов трансформации  для защиты трансформатора Т3 производим следующим образом: ТТ для продольной дифференциальной защиты устанавливаются со стороны высокого и низкого напряжения и выбираются по номинальным токам силового трансформатора для каждой стороны трансформатора, где установлены ТТ. Для трансформатора Т3 ТДЦ-80000/35:

В нашем случае обмотки  силового трансформатора соединены  по схеме «звезда-треугольник». Для  компенсации углового сдвига в плечах дифференциальной защиты вторичные  обмотки ТТ со стороны «звезды» силового трансформатора соединяются в «треугольник», а со стороны «треугольника» – в «звезду». Следовательно, ТТ на низшей стороне соединяем в «звезду», а на высшей – в «треугольник». В зависимости от схем соединения вторичных обмоток ТТ при расчете коэффициентов трансформации используются различные коэффициенты схемы: – для «треугольника», и – для «звезды», следовательно:

;

_{Согласно  расчётам выбираю  ТТ для стороны высшего напряжения: ТЛ10-1 с коэффициентом трансформации 3000/5. Для стороны низшего напряжения выбираю трансформатор тока ТЛШ-10 с коэффициентом трансформации 5000/5.}

Защита от сверхтоков внешних  КЗ и защита от перегрузки устанавливаются со стороны питания на один ТТ, который выбирается также по рабочему максимальному току:

где – максимальная мощность, протекающая через трансформатор Т2.

_{Учитывая  то, что для трансформатора Т2 Umin=35 кВ, получим:}

Для защиты от сверхтоков внешних  КЗ и защиты от перегрузки  ТТ соединяется в звезду. По первичному току выбираю ТТ типа ТФЗМ35-Б1 с коэффициентом трансформации 300/5.

 

4 РАСЧЕТ ТОКОВ КЗ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ВЫБОРА УСТАВОК И ПРОВЕРКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ЗАЩИТ

 

 

При проектировании релейной защиты допускается вычисление приближенных значений токов короткого замыкания (КЗ).

Расчет токов КЗ необходим для выбора уставок выбранных защит, а также проверки их чувствительности.

Как правило, при расчете  токов КЗ принимаются следующие основные допущения:

– схемы приводятся к одной ступени напряжения при учете средних коэффициентов трансформации трансформаторов;

– не учитываются активные сопротивления элементов схем;

– не учитываются поперечные емкости линий протяженностью менее 200-250 км напряжением 110-330 кВ;

– принимается равенство сопротивлений в схемах прямой и обратной последовательностей;

– не учитывается влияние нагрузок.

Схему замещения, по которой  будет вестись дальнейший расчёт приведу на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 − Схема замещения энергосистемы

 

Определим значения сопротивлений элементов схемы в именованных единицах.

_{Сопротивление генераторов для минимального и максимального режимов:}

_{Сопротивление лини:}

_{Xуд=0,4 Ом/км для воздушных линий 6 – 220 кВ.}