Дипломная работа: Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения

Примечания:

- данные на трансформаторы тока приведены согласно [2,стр.302,304];

-  = 1840 А, табл. 1.1;

- , коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ (принимаем 1, так как используем реле с быстронасыщаемыми трансформаторами тока );

- , коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока;

-  - погрешность трансформатора тока;

- , коэффициент, учитывающий наличие РПН;

- , коэффициент надежности;

-  намагничивающая сила срабатывания реле.

Защита от внешних коротких замыканий

Для защиты от внешних коротких замыканий принимаем МТЗ в трехфазном

исполнении. Схема соединения трансформаторов тока и реле – звезда.

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока трансформатора с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:

                                                                            (12.1)

где =1,2 и = 0,8 – коэффициенты надежности и возврата для реле РТ-40;

 - коэффициент, учитывающий самозапуск заторможенных электродвигателей ( = 3-3,5 ).

 А.

Согласно «Сборника директивных материалов Минэнерго СССР» от 1971 г. для обеспечения надежного действия защиты требуется:

                                                                                 (12.2)

=  А

Принимаем ток срабатывании защиты, равный: =210 А

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =10,5 А, соединение катушек параллельное.

Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:

                                                                           (12.3)

где =1,6 с – выдержка времени МТЗ кабельной линии 35 кВ; = 0,5 с – ступень селективности для МТЗ.

=1,6 + 0,5 = 2,1 с

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:

                                                                         (12.4)

где = 1600 А – ток двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора ( табл. 1.1).

Приводим величину тока двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора к стороне ВН, и вычисляем коэффициент чувствительности:

что удовлетворяет условию проверки.

Защита от перегрузки

Для защиты от перегрузки используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.332]:

                                                                                (12.5)

где =1,05;  - коэффициент возврата (для реле РТ-40: = 0,8);

 А

Ток срабатывания реле:

 А

Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/6 с током срабатывания =3,44 А. Соединение катушек параллельное.

Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:

                                                                           (12.6)

 с

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.

Защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла в баке

В качестве защиты от внутренних повреждений и понижения уровня масла в баке трансформатора применяем газовую защиту.

Газовая защита выполняется с использованием реле типа РТЗ-80

Схема защиты трансформатора приведена в приложении.

13. Расчет АВР секционного выключателя

Выдержка времени автоматического включения секционного выключателя отстраивается от времени действия МТЗ отходящих линий и времени включения резерва:

,                                                                           (13.1)

где = 0,5-0,7 с ступень селективности;

                                                                                  (13.2)

                                                                            (13.3)

где  - выдержка времени АПВ; = 1 с – время готовности привода;

=0,1 с – время отключения выключателя; =0,3-0,5 – отстройка по времени.

 с

 с

 с

Принимаем  с

Схема устройства АВР на секционном выключателе Q5 ГПП приведена в приложении

14. Расчет защиты генератора

Согласно ПУЭ, для генераторов мощностью более 1 МВт предусматриваются устройства релейной защиты от следующих повреждений и нарушений нормального режима работы:

- многофазные замыкания в обмотке статора и его выводах;

- однофазные замыкания на землю;

- замыкание между витками обмотки статора;

- внешних КЗ;

- симметричной перегрузки обмотки статора;

- замыкания на землю в двух точках обмотки возбуждения.

Защита от многофазных КЗ обмотки статора

Применяем трехфазную, трехсистемную продольную дифференциальную защиту с реле типа РНТ-565. При расчетах руководствуемся рекомендациями, приведенными в [6,стр.279-стр.294].

Первичный ток срабатывания принимается больший, из вычисленных по двум условиям:

                                                                    (14.1)

                                                                  (14.2)

где =1,3÷1,4 – коэффициент надежности; =1 – коэффициент, учитывающий переходной процесс, при применении реле типа РНТ-565; =0,5 – для однотипных трансформаторов тока; =0,1 – допускаемая наибольшая относительная погрешность трансформаторов тока; - максимальное значение начального сверхпереходного тока при внешнем трехфазном КЗ (на выводах генератора) и номинальной нагрузке генератора.

В относительных единицах:

                                 (14.3)

Номинальный ток генератора:

                                                                 (14.4)

 А

Принимаем трансформатор тока типа ТВЛМ6-У3; =300 А, =5 А [2,стр.294].

Ток трехфазного КЗ:

                                                                                (14.5)

 А

Определим ток срабатывания:

 А

 А

Принимаем =163,9 А.

Ток срабатывания реле:

 А,

Расчетное число витков дифференциальной обмотки:

                                                                                (14.6)

где =100 А - магнитодвижущая сила срабатывания реле.

 витка

Принимаем в дифференциальной обмотке ; и в уравнительной обмотке ; что в общей сложности составляет 35 витков.

Уточненный ток срабатывания защиты:

                                                                             (14.7)

Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты:

                                                                           (14.8)

где , согласно [6,стр.280]:

                                                                         (14.9)

 А

=0,111 [8,стр.8].

что удовлетворяет условию проверки.

Защита от однофазных повреждений в обмотке статора

Для защиты от замыканий на землю в обмотке статора применяют токовую защиту нулевой последовательности. Защита подключается к трансформатору тока нулевой последовательности типа ТНПШ-3-1000, установленному со стороны шинных выводов генератора. В целях обеспечения требуемой чувствительности защиты осуществляется подмагничивание трансформатора тока нулевой последовательности переменным током от цепей трансформатора напряжения.

При внешних многофазных КЗ, в реле, подключенному к ТНП, возможно появление значительных токов небаланса. Для предотвращения излишних срабатываний, защиту выводят из действия защитой генератора от внешних КЗ.

Схема защиты содержит два реле тока, предназначенных для устранения замыканий на землю в обмотке статора и двойных замыканий на землю, одно из, которых в обмотке статора. Схема защиты приведена в приложении.

Чувствительность реле 1КА действует на отключение с выдержкой времени 1-2 с, создаваемую для отстройки от переходных процессов при внешних КЗ на землю.

Промежуточное реле 2KL блокирует грубое реле 2КА при внешних КЗ.

Ток срабатывания защиты, согласно [7,стр.352]:

 А,                                                   (14.10)

где =2 и =1,5 – коэффициенты надежности, учитывающие выдержку времени срабатывания защиты; =0,7 – коэффициент возврата реле тока;

- ток небаланса, приведенный к первичной стороне трансформатора тока нулевой последовательности; упрощенно для ТНПШ можно принять: 1,5 а.

- установившийся емкостной ток замыкания на землю защищаемого генератора:

                                                              (14.11)

где =314 угловая частота;  - емкость одной фазы обмотки статора;

=6,3 кВ – линейное напряжение генератора.

 А

 А

Ток срабатывания защиты не превышает 5 А, что обеспечит надежное отключение генератора при замыканиях на землю. В качестве исполнительного органа чувствительной защиты применяем реле типа ЭТД-551/60 с последовательным соединением обмоток. В качестве исполнительного органа грубой защиты применяем реле типа ЭТ-521/2.

Защита от замыкания между витками одной фазы статора

Схема исполнения защиты приведена на рис. 14.1.

Рис. 14.2. поперечная дифференциальная защита от витковых замыканий в обмотке статора

При наличии в обмотке статора двух параллельных ветвей, для защиты от витковых замыканий в обмотке статора применяют односистемную поперечную дифференциальную защиту, действие которой, основано на сравнении геометрической суммы токов трех фаз одной ветви с геометрической суммой токов трех фаз другой ветви (генераторы мощностью 60 МВт и более).

Трансформатор ТА подключается в месте соединения нейтралей обмоток статора. К трансформатору подключается реле тока типа РТ-40/Ф, имеющие встроенный фильтр третьей гармоники. При витковом замыкании в одной из фаз, возникает уравнительный ток, который приводит к срабатыванию защиты. Защита действует на отключение генератора.

Ток срабатывания защиты отстраивается от токов небаланса, протекающих в реле в режимах холостого хода и короткого замыкания генератора.

Защита от внешних КЗ

Для защиты от внешних КЗ применяем максимальную токовую защиту с пусковым органом минимального напряжения. Трансформаторы тока включены в  нейтрали, схеме соединения – полная звезда.

Пусковой орган минимального напряжения состоит из трех реле минимального напряжения, включенных на междуфазное напряжение.

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока генератора, согласно [7,стр.356]:

                                                                          (14.12)

где =1,1-1,2 и =0,8 – коэффициенты надежности и возврата для реле РТ-40.

 А.

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания =5,72 А, соединение катушек параллельное.

Напряжение срабатывания защиты, согласно [7,стр.356]:

                                                                    (14.13)

 В

Напряжение срабатывания реле, согласно [7,стр.356]:

                                                                           (14.14)

где = 1,1÷1,2 – коэффициент надежности; =1,2 – коэффициент возврата для реле минимального напряжения типа РН-54; - коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

 В

Для выполнения защиты применяем реле напряжения РН-54/160 с напряжением срабатывания = 42 В.

Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:

                                                                       (14.15)

где  = 1,6 с – выдержка времени МТЗ кабельной линии 35 кВ; =0,5 с - ступень селективности для МТЗ.

 с

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.

Коэффициент чувствительности защиты по току, согласно [7,стр.356]:

                                                                    (14.16)

где =1600 А – ток даухфазного КЗ на выводах генератора.

;

что удовлетворяет условию проверки.

Коэффициент чувствительности защиты по напряжению согласно [7,стр.356]:

                                                                           (14.17)

где =  - максимальное остаточное напряжение при КЗ в конце зоны действия защиты.

что удовлетворяет условию проверки.

Защита от симметричных перегрузок

Для защиты генератора от симметричных перегрузок используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.379]:

                                                                                 (14.18)

где =1,05;  - коэффициент возврата ( для реле РТ-40: =0,8);

 А

Ток срабатывания реле:

 А

Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/6 с током срабатывания =5,0 А. Соединение катушек параллельное.

Выдержка времени принимаем на ступень больше, чем выдержка времени защиты от внешних КЗ.

 (14.19)

 с                                                  

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-123.

Защита от замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения

Защита выполняется по мостовой схеме. В диагональ моста включается токовое реле КА. Схема исполнения защиты приведена на рис. 14.2.

Рис. 14.3 Защита от замыканий на землю обмотки возбуждения

Мост образуется сопротивлениями  и  левой и правой части обмотки возбуждения (относительно первой точки замыкания К1) и сопротивлениями  и  переменного резистора, подключенного к кольцам ротора генератора. До появления второго замыкания мост балансирует, на переменном резисторе устанавливают такое сопротивление, при котором ток в диагонали отсутствуют.

Этому соответствует условие:  При возникновении второй точки замыкание на землю (точка К2), баланс моста нарушается и защита срабатывает.

Даже при сбалансированном мосте через его диагональ может проходить ток, обусловленный неравномерностью воздушного зазора между статором и ротором генератора. Чтобы под действием указанного тока защита не сработала, последовательно с основной обмоткой  токового реле КА, включает реактор LR, имеющий для переменного тока большое сопротивление. Кроме этого, в диагональ моста включают трансформатор тока ТА, вторичный тока которого подводят к дополнительной обмотке  токового реле КА. Магнитодвижущая сила обмотки  направлена встречно магнитодвижущей силе обмотки , поэтому воздействие переменного тока на реле КА уменьшается.

Защита от замыканий на землю в двух точках цепи возбуждения отстраивается от тока небаланса обусловлено неточный балансировкой моста и наличием переменного тока в реле.

Список литературы

1. Л. Д. Рожкова, В.С. Козулин. «Электрическое оборудование станций и подстанций» Москва: Энергоатомиздат 1987 г.

2. И. П. Крючков, Н. Н. Кувшинский, Б. Н. Неклепаев. « Электрическая часть станций и подстанций» Москва: Энергия 1978 г.

3. В. И. Идельчик «Электрические системы и сети» Москва, Энергоатомиздат 1989 г.

4. Б. Ю. Липкин. «Электроснабжение промышленных предприятий» Москва, «Высшая школа» 1975 г.

5 «Справочник по релейной защите». Под общей редакцией М.А. Берковича Государственное энергетическое издательство. 1963 г.

6. А. М. Авербух. «Релейная защита в задачах с решениями и примерами» Ленинград, Энергия 1975 г.

7. М. А. Беркович, В. А. « Основы техники и эксплуатации релейной защиты» Москва: Энергия 1971 г.

8. М. А. Беркович, В. Н. Вавин, М. Л. Голубев и др. «Справочник по релейной защите» Государственное энергетическое издательство, Москва, 1963 г.