Электроснабжение Сокольского деревообрабатывающего комбината

8.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ РЕЛЕЙНОЙ  ЗАЩИТЫ 

И АВТОМАТИКИ

 

Распределительные сети являются важнейшим  звеном в системе производства, передачи и потребления электрической энергии. Большое значение для надежной работы электросетей имеет правильное выполнение и настройка релейной защиты, в том числе правильный выбор рабочих параметров срабатывания уставок защитной аппаратуры [9].

Основные требования, предъявляемые  к релейной защите:

• надежность отключения всех видов повреждений;
• чувствительность защиты;
• избирательность действия;
• простота и надежность схем;
• быстродействие;
• наличие сигнализации о повреждениях.

Проектируемая подстанция в нормальном режиме запитана от двух независимых источников: трансформатор Т1 – от первой секции шин ПС – Сокол; трансформатор Т2 – от второй секции шин ПС Сокол.

Для реализации функций РЗА и  управления присоединений 110 кВ используем унифицированную микропроцессорную систему БЭ2704 производства НПП «Экра» (г. Чебоксары).

Устанавливаем два комплекта:

• БЭ2704V010 – терминал управления выключателем;
• БЭ2704V020 – терминал дистанционной и токовой направленной защит.

Первый комплект осуществляет функции  управления выключателем 110 кВ:

• включение трех фаз выключателей от АПВ;
• отключение трех фаз выключателя от двух групп электромагнитов по команде устройств РЗ, ТМ, КУ, УРОВ и др.

Автоматика обеспечивает прием  команд: «Включить», «Отключить», контроль положения выключателя «Включено», «Отключено», блокировку выключателя от многократных включений, фиксацию положения выключателя.

Резервные защиты выполняют функции:

• трехступенчатую защиту от многофазных КЗ;
• блокировку при качаниях;
• блокировку при неисправностях в цепях напряжения;
• четырехступенчатую защиту от КЗ на землю;
• токовую отсечку от многофазных КЗ;
• ускорение действия всех защит при включении выключателя.

Второй комплект осуществляет функции  защиты ВЛ 110 кВ и обеспечивает перечисленные выше функции резервных защит, а также дополнительно выполняет:

• ускорения действия защит;
• передачу по ВЧ каналам сигналов защит, установленных на противоположном конце ВЛ;
• УРОВ выключателя.

Реализовано однократное или двукратное АПВ. Пуск АПВ осуществляется с контролем  напряжений на шинах и на ВЛ.

Питание оперативным постоянным током  обоих комплектов шкафа осуществляется через отдельные автоматические выключатели.

Оба комплекта обеспечивают:

• текущее измерение токов и напряжений;
• регистрацию событий;
• осциллографирование токов, напряжений и дискретных сигналов;
• ОМП;
• Непрерывную проверку функционирования и самодиагностику.

На лицевой плате терминалов имеются жидкокристаллический дисплей, клавиатура и разъем для подключения компьютера.

Аварийная и предупредительная  сигнализация на подстанции выполнена  на блоке центральной сигнализации. Предусмотрено измерение напряжения на шинах 110, 10 и 0,4 кВ трансформатора собственных нужд, измерение тока на присоединениях 110 и 10 кВ. Установлены расчетные счетчики активной и реактивной электроэнергии на всех присоединениях 10 кВ и на стороне 110 кВ: вводы Т1, Т2, межлинейные перемычки.

 

8.1.Расчет уставок защиты понижающих  трансформаторов 110/10 кВ

 

8.1.1.Максимальная токовая  защита Т1 от токов при внешних  КЗ

 

Область внешних КЗ трансформатора находится на стороне НН, включая  в первую очередь сборные шины. Ток срабатывания защиты отстраивается  от максимального рабочего тока, протекающего через трансформатор.

Для трансформатора Т1 рабочий ток  обусловлен суммой номинальных рабочих  токов цеховых трансформаторов  Т1.1, Т2.1, Т3.1, Т4.1, Т11.1, Т12.1, Т13.1, Т14.1, Т15.1, Т16.1, Т20.1, Т22.1 и током нагрузки Н, состоящей из сторонних потребителей (см. п. 2.4).

 

Ток срабатывания защиты:

                                                                                      (8.1)

 

где k_н – коэффициент надежности для реле равен 1,2;

      k_сзп – коэффициент самозапуска, значение которого зависит от вида

      нагрузки и ее параметров [10], равный 1;

      k_в – коэффициент возврата реле, k_в= 0,8.

 

= =252,5 А

Выбираем ТТ типа ТНДМ - 110/10 k_т = 300/5. Ток срабатывания реле для схемы ТТ, соединенных в полную звезду:

 

                                                                                                        (8.2)

 

I_с.р. = Ö3*252,5*5/300 = 7,3 А;     I_у = 8 А

 

Уточненный ток срабатывания защиты: 277 А

Коэффициент чувствительности при двух фазном КЗ за трансформатором определяется по формуле:

 

                                                                                            (8.3)

 

k⁽²⁾_ч = Ö3/2*5720*11/277*115 =1,71 ³ 1,5 – условие выполняется

 

Выдержка времени должна быть минимальной и согласованной  с МТЗ отходящих присоединений:

                                                                                    (8.4)

 

где Dt – ступень селективности при согласовании реле

 

с

 

Выбираем реле времени постоянного  тока ЭВ-122, t_у=0,25¸3,5 с, U_ном=110 В, что соответствует параметрам БП-1002 ШУОТа.

На карте селективности (см. лист 5) независимая характеристика времени  срабатывания от тока, протекающего через защиту, изображена на основе 3-х точек: тока срабатывания защиты – 277 А; времени срабатывания защиты – 1,5 с; максимального значения тока, которым характеристика ограничена справа, соответствует току КЗ в месте установки защиты (точка К2) – 6,42 кА (приведено к стороне 11 кВ).

 

 

 

8.1.2.Максимальная токовая  защита трансформатора от перегрузки

 

 

 

Первичный ток срабатывания определяется по формуле:

                                                                                                    (8.5)

 

где k_н – коэффициент надежности, принимаемый согласно [10] равный 1,05.

 А

Защиты подключена к  тем же ТТ, что и защита от внешних  КЗ. Ток срабатывания реле равен:

 

= I_с.з к_сх⁽³⁾ / k_т = 1*105,4/60 А

 

Ток уставки срабатывания I_у = 2,1 А. Уточненный ток срабатывания защиты: 126 А.

Выдержка времени защиты выбирается по условию согласования с последними ступенями защит от многофазных КЗ предыдущих элементов. На проектируемой подстанции защита действует на сигнал. Принимаем уставку времени 6 с.

Выбираем реле времени  постоянного тока ЭВ-133, t_у=0,25¸9,0 с, U_ном=110 В, для блока питания БП-1002.

 

 

 

8.1.3.Газовая защита

 

 

 

Газовая защита поставляется вместе с трансформатором. В связи  с недостатками плавкого газового реле, отечественной промышленностью выпускается реле с чашечковыми элементами типа РГЧЗ-66. Первая ступень газового реле более чувствительна, чем вторая, и действует на сигнал; вторая ступень действует на отключение.

Схема комплекта защиты трансформатора Т1 приведена на листе 5.

8.1.4.Проверка ТТ по  условию 10%-ной погрешности

 

Для продольной дифференциальной защиты первичный ток, при котором должна обеспечиваться работа ТТ с погрешностью не более 10%, принимается равным наибольшему значению тока при внешнем КЗ.

 

                                                    k₁₀ = I_1расч. / I_{1ном. Т1}                                            (8.6)

 

k₁₀ = 112/11 * 115/300 = 3,9

 

По кривым предельных кратностей для  ТТ ТНДМ-110 М (рис.7.51 [10]) z_н.доп. = 9 Ом. Расчетное сопротивление на фазу: ДЗТ-11 – 0,1 Ом; сопротивление прямого и обратного проводов – 0,6 Ом; переходное сопротивление контактов – 0,1 Ом. Суммарное сопротивление для схемы полной звезды при 2-х фазном КЗ за трансформатором согласно (прил.6 [10]) равно:

 

                                               r_н.расч = r _пр + z_ДЗТ + r_пер                                           (8.7)

 

 

 

8.2.Расчет ступенчатой  токовой защиты W1

 

 

 

Трех ступенчатая токовая  защита линии W1 выполнена на постоянном оперативном токе и содержит следующие ступени: 1-я ступень – неселективная токовая отсечка; 2-я ступень – селективная отсечка с выдержкой времени и третья ступень – МТЗ. Рабочий длительно допустимый ток линии равен 362,9 А. Выбираем ТТ типа ТНДМ – 110М класса Р1. Коэффициент трансформации 600/5. Схема соединений ТТ–полная звезда.

 

 

 

8.2.1.Неселективная отсечка  без выдержки времени

 

 

 

Первичный ток срабатывания отсечки определяется по формуле:

 

                                                   = I_к.з⁽³⁾*k_н                                                   (8.8)

 

здесь I_к.з⁽³⁾ = 5,72 кА, приведен к стороне 11 кВ, или 0,547 кА, приведенной к

         стороне 115 кВ.

 

= 1,2*547 = 656,6 А

Убедимся, что отсечка надежно отстроена от бросков тока намагничивания трансформатора 1:

 

                                                ³ (3 - 4)S                                               (8.9)

 

=656,6 ³ (3 - 4)(80,33) = (241 – 321) А

Ток уставки I_у = 656,6/600 * 5 = 5,5 А принимаем равным 8 А. Уточненный I_с.нес.= 960 А.

 

 

 

8.2.2.Селективная отсечка  с выдержкой времени

 

 

 

Эта ступень – резервная  на линии W1. Селективность отсечки при согласовании с быстродействующими защитами обеспечивается выдержкой времени 0,5 с. Ток срабатывания отсечки отстраивается от наименьшего тока внешнего КЗ отходящих присоединений линий W1, принимаемого равным 4070 А (сторона 11 кВ), приведенной к стороне 115 кВ – 389,3 А.

Следовательно: I_{с.т.отс.} = (1*389,3)/120 = 3,2 А

Ток уставки принимаем I_у =5 А; уточненный I_с.о. = 600 А.

От бросков тока намагничивания трансформаторов отсечка отстроена  по времени.

 

 

 

8.2.3.МТЗ с выдержкой  времени

 

 

 

Для выбора тока срабатывания защиты по (8.8) определим коэффициент самозапуска.

Коэффициент самозапуска  определяется через ток самозапуска, рассчитывается как ток 3-х фазного КЗ за эквивалентным сопротивлением:

 

                                                      х_э = х_с + х_w1 + х_эт1                                         (8.10)

 

Сопротивление системы, приведенное к стороне 115 кВ (см.п.6)

х_с = 0,074*115 = 8,51 Ом

 

Сопротивление линии W1, приведенное к стороне 115 кВ (см.п.5)

 

х_w1 = Х_{о w1} + L_w1 = 0,42*26 = 10,92 Ом

Сопротивление трансформатора: х_т = 10,5/100 * 115²/16 = 86,79 Ом

 

Следовательно, х_э = 8,51 +10,92 + 86,79 = 106,22 Ом

 

Ток самозапуска определяется по формуле:

 

                                                     I_сзп = U_ср / Ö3*х_э                                             (8.11)

 

I_сзп = 115000 / Ö3*106,22 = 625,07 А

 

Коэффициент самозапуска  определяется по формуле:

 

                                         k _сзп.w. = I_сзп / I_{раб w1}                                                    (8.12)

 

k _сзп.w. = 625,07/112 = 5,58 А

I_с.з. = 1,2*5,58*112 / 0,85 = 882,3 А

 

Согласуем защиту по чувствительности с защитами отходящих присоединений по условию: