Тема: Разработка систем частотного регулирования объектов

  • Вид работы: Курсовая работа (т)
  • Предмет: Физика

СОДЕРЖАНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

. ВЫБОР ВИДОВ И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ

. ВЫБОР ТИПОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ

. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВЫБРАННЫХ ЗАЩИТ

.1 Расчет параметров защиты линии Л5

.2 Расчет параметров защит трансформатора Т1

.2.1 Расчет параметров продольной дифференциальной защиты

.2.2 Расчет параметров дифференциальной защиты с торможением

.2.3 Расчет параметров защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ

.2.4 Расчет параметров защиты от перегрузок

.2.5 Газовая защита

. РАЗРАБОТКА И ВЫЧЕРЧИВАНИЕ СХЕМ ЗАЩИТ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. Схема защиты линии Л5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Схема защиты трансформатора Т1


ВВЕДЕНИЕ


Целью данной курсовой работы является разработка релейной защиты участка сети заданной схемы.

При выборе РЗ для узла электрической сети необходимо учитывать следующее:

-конфигурация сети и число источников питания;

-режим заземления нулевых точек трансформаторов;

-технические характеристики электрооборудования и линий передачи;

-наличие и отсутствие на подстанциях постоянного дежурного персонала;

-вид источника оперативного тока;

-требуемая скорость отключения КЗ и т. д.

Защита должна обладать следующими свойствами: селективностью, устойчивостью и надежностью функционирования.

Главная задача проектируемых устройств защиты - обеспечение надежности электроснабжения потребителей.


.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

релейный защита замыкание трансформатор перегрузка

Таблица 1.1 - Исходные данные








Исходными данными для курсовой работы являются схема сети (рисунок 1.1) и ее параметры (таблица 1.1).

Примечание:

-наибольшее время срабатывания МТЗ присоединений, подключённых к шинам: П6 = 0,6 с.; П5 = 1,1 с.; П4 = 1,6 с.

-величины нагрузок принять равными 50% от заданных в варианте исходных данных.


2. ВЫБОР ВИДОВ И МЕСТА УСТАНОВКИ РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ СХЕМЫ


Для защиты линий Л1 и Л2 должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. От многофазных замыканий применяется дистанционная защита (преимущественно трехступенчатая), используемая в качестве резервной или основной. В качестве дополнительной защиты используют токовую отсечку без выдержки времени.

Для защиты от однофазных КЗ применяется токовая направленная защита нулевой последовательности.

Для защиты линии Л4 выбираем трехступенчатую токовую защиту, которая устанавливается со стороны питания. Первая ступень - токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень - токовая отсечка с выдержкой времени, третья ступень - максимальная токовая защита (МТЗ).

Для защиты линии Л5 выбираем двухступенчатую токовую защиту, которая устанавливается со стороны питания. Первая ступень - токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень - максимальная токовая защита (МТЗ).

Для защиты трансформаторов Т1 и Т2 выбираем продольную дифференциальную защиту, защиту от сверхтоков внешних междуфазных КЗ и защиту от перегрузки, последние две защиты устанавливаются со стороны питания. Также устанавливаем газовую защиту, выполненную с помощью специальных газовых реле.


3. ВЫБОР ТИПОВ ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА И ИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРАНСФОРМАЦИИ


Выбор типов трансформаторов тока (ТТ) и их коэффициентов трансформации для защиты трансформаторов Т1 производим следующим образом: ТТ для продольной дифференциальной защиты устанавливаются со стороны высокого и низкого напряжения и выбираются по номинальным токам силового трансформатора, отнесённым к напряжению той стороны, где установлены ТТ. Для трансформатора ТРДН-32000/10,5:



Коэффициенты трансформации определяем в зависимости от схем соединения ТТ. Для компенсации сдвига фаз токов силовых трансформаторов, соединенных по схеме «звезда - треугольник», необходимо ТТ на стороне «звезды» соединить в «треугольник», а на стороне «треугольника» - «звезду». Так как вторичный номинальный ток ТТ равен 5 А, то получаем:



По полученным данным выбираем ТТ для высшей стороны: ТФЗМ110Б-1 с коэффициентом трансформации 300/5, для низшей стороны - ТШЛ-10 с коэффициентом трансформации 2000/5.

Для защиты трансформатора от сверхтоков внешних междуфазных коротких замыканий и перегрузки выбираем ТФЗМ110Б-1 с номинальным коэффициентом трансформации 300/5.

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



Учитывая, что для защиты линии Л5 обмотки ТТ соединяются в неполную звезду, рассчитаем коэффициент трансформации и выберем тип ТТ.

Выбирает ТТ типа ТЛК-10-2 с коэффициентом трансформации 300/5.


4. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ


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.

Для расчёта токов КЗ приведём расчётную схему (рисунок 4.1).

Руководствуясь допущениями, изложенными выше, составим следующую схему замещения (рисунок 4.2).

Определим максимальные значения токов коротких замыканий. Для этого рассчитаем режим максимальных нагрузок, в котором генераторы обладают минимальным сопротивлением, а расчетным видом короткого замыкания является трехфазное КЗ.


Сопротивления участков, где возникают КЗ в точках К5-К1:



Рассчитаем токи КЗ для точек К1-К5:



где - средне номинальное напряжение в точке КЗ (10,5), кВ,

- сопротивление участка схемы от источника питания до точки КЗ, Ом



Рассчитаем режим минимальных нагрузок, в котором генераторы обладают максимальным сопротивлением, а расчетным видом короткого замыкания является трехфазное КЗ.



Далее вычисляем токи двухфазных коротких замыканий. Они находятся как токи трехфазных КЗ, умноженные на коэффициент . Результаты расчета сводим в таблицу 4.1.


Таблица 4.1 - Токи КЗ в режиме максимальных и минимальных нагрузок

Точка КЗ12345, А556624712829992, А555623711828990, А482540617718859

5 РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ВЫБРАННЫХ ЗАЩИТ


5.1 Расчет параметров защиты линии Л5


Рассчитаем параметры защит, установленных на линии Л5. На этой линии установлена двухступенчатая токовая защита.

Ток срабатывания первой ступени (токовая отсечка без выдержки времени) отстраивается от максимального значения тока трёхфазного КЗ в конце линии:



Зона, защищённая отсечкой определяется по кривым спадания токов КЗ Iкз(3) = f(l) в максимальном и минимальном режимах. Для построения плавной кривой изменения тока КЗ вдоль линии Iкз(3) = f(l) нужно рассчитать токи КЗ на расстоянии 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1. Отсечка считается эффективной, если она защищает не менее 18-20 % длины линии.

Из рисунка 5.1 видно, что отсечка защищает около 54 % длины линии. Следовательно, выбранная отсечка эффективная.


Рисунок 5.1 - Зона действия токовой отсечки


Ток срабатывания второй ступени (МТЗ) выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки присоединения Iраб. макс :


,


где - коэффициент самозапуска двигателей нагрузки, примем равным 1,5 (считая малым удельное количество электродвигателей, присоединенных к шинам подстанции П5);

- коэффициент возврата, равный 0,85 для реле РТ-40;

- коэффициент отстройки, для реле косвенного действия равен 1,2.

.

Проверяем чувствительность МТЗ для основной зоны:


.


Для основной зоны ³ 1,5. В нашем случае , что меньше 1,5.

Для повышения чувствительности МТЗ дополняется измерительным органом (блокировкой) напряжения (ОН), который, разрешая РЗ действовать при КЗ, запрещает ей срабатывать (блокирует) в режиме максимальной нагрузки и при самозапуске электродвигателей.

Ток срабатывания МТЗ с блокировкой минимального напряжения отстраивается не от максимальной нагрузки линии, а от тока нормального режима Iнорм, который может быть ориентировочно в 1,5-2 раза меньше максимального рабочего тока:





Коэффициент чувствительности по току:



Напряжение срабатывания реле минимального напряжения:



где - для реле типа РН-50; - коэффициент трансформации трансформатора напряжения; - рабочее минимальное напряжение, равное кВ.

Чувствительность защиты по напряжению определяется по формуле:



где - максимальное значение остаточного напряжения в месте установки защиты при КЗ в конце защищаемого участка.



Допустимое значение . Полученное значение коэффициента чувствительности удовлетворяет условию:

Время срабатывания второй ступени защиты:


где - ступень селективности, 0,5 c.


5.2 Расчет параметров защит трансформатора Т1


Для защиты силовых трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов работы применяются следующие типы защит: продольная дифференциальная защита, газовая защита, токовая отсечка без выдержки времени, защита от сверхтоков внешних коротких замыканий, от перегрузки и некоторые другие типы защит.


.2.1 Расчет параметров продольной дифференциальной защиты

В качестве измерительного органа продольной дифференциальной токовой защиты примем реле РНТ-565 и произведём расчёт этого реле.

Определим токи в плечах защиты, которые соответствуют номинальной мощности Т1:



Плечо с большим током называется основным. В нашем случае основным плечом является плечо на стороне ВН трансформатора.

Первичный ток срабатывания защиты выбирается по двум условиям:

-по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешних КЗ:

-


где DU - половина регулировочного диапазона изменения напряжения при регулировании коэффициента трансформации. Для трансформатора ТРДН-32000 принимаем:



-по условию отстройки от бросков тока намагничивания:



где Iн - номинальный ток, соответствующий номинальной мощности трансформатора.

С учётом РПН Iном рассчитывается по формуле:



Первичный ток срабатывания выбираем больший из рассчитанных:

;

Приведем Iнб макс , I(3) к за тр и Iсз к ВН:

Выбираем больший из двух токов: Iсз = 358,6 А.

Ток срабатывания реле:



Число витков рабочей обмотки реле РНТ-565 для основной стороны:



где Fcр - намагничивающая сила срабатывания реле, равная 100 ампервиткам.

Выбираем ближайшее меньшее целое число витков Wосн = 9 вит.

Определяем фактическое значение Iср, соответствующее выбранному числу витков Wосн.:


Расчетное число витков с неосновной стороны рассчитаем по формуле:


.


Принимаем ближайшее целое значение витков Wнеосн = 10 вит.

Вычислим дополнительный ток небаланса Iнб дополн, который обусловлен неравенством расчётного и выбранного числа витков:



Приведем Iнб дополн к ВН:

Определим суммарный ток небаланса и рассчитаем значения Iсз и Iср.



Будем увеличивать ток срабатывания до тех пор, пока указанное выше условие не окажется верным. Ток срабатывания реле:

Число витков рабочей обмотки основной стороны:


Принимаем Wосн = 8 вит.

Фактическое значение Iср:



Число витков с неосновной стороны:



Принимаем Wнеосн = 8 вит.

Дополнительный ток небаланса:



Приведем Iнб дополн к ВН:

Суммарный ток небаланса:




Значит, полученные параметры реле РНТ-565 принимаем за конечные, и они соответствуют несрабатыванию реле при максимальном токе небаланса.

Определяем коэффициент чувствительности:



где Iр мин - минимальный ток в реле, который определяется по формуле согласно [3]:



где - ток трехфазного КЗ, приведенный к напряжению той питающей стороны, где установлена рассматриваемая защита; - коэффициент трансформации трансформатора тока этой защиты.



В соответствии с ПУЭ допускается

Чувствительность дифференциальной защиты на базе реле РНТ-565 достаточна: 2,1>2.


5.2.2 Расчет параметров дифференциальной защиты с торможением

Рассчитаем защиту на основе реле ДЗТ-11.

Тормозная обмотка подключается к ТТ, подключенному к НН силового трансформатора.

Наличие тормозной обмотки позволяет нам выбирать ток срабатывания только по одному условию - броску тока намагничивания:



Ток срабатывания реле:



Число витков рабочей обмотки реле ДЗТ-11 для основной стороны:

Выбираем ближайшее меньшее целое число витков Wосн = 12 вит.

Определяем фактическое значение Iср, соответствующее выбранному числу витков Wосн:

.


Расчетное число витков с неосновной стороны рассчитаем по формуле:


.


Принимаем ближайшее целое значение витков W2 =12 вит.

Вычислим дополнительный ток небаланса Iнб дополн, который обусловлен неравенством расчётного и выбранного числа витков:



Суммарный ток небаланса:



Коэффициент чувствительности:



Число витков тормозной обмотки принимается по следующей формуле:

,


где Kн - коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, принимается равным 1,5; Iнб - ток небаланса;Wосн - число витков рабочей обмотки на стороне, где размещена тормозная обмотка; tg ? - тангенс угла между вектором магнитного потока рабочей и тормозной обмоток, для реле ДЗТ-11 принимается равным 0,75-0,85.

.

Принимаем .


5.2.3 Расчет параметров защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ

В качестве защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ используем МТЗ.

Защита от сверхтоков внешних междуфазных 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.

Максимальный ток нагрузки с учетом самозапуска, от которого необходимо отстроить МТЗ, обычно определяется из рассмотренных трех видов нарушений: отключение параллельно работающего трансформатора, включение трансформатора от АПВ на неотключенную нагрузку, автоматическое подключение нагрузки при действии АВР в случае исчезновения напряжения на соседней секции.

В двух первых случаях ток срабатывания МТЗ находится из условия возврата токовых реле при максимальной нагрузке Iнагр макс.

;


где Iнагр макс - максимальный ток нагрузки. Рассчитывается как суммарная нагрузка в максимальном режиме, подключенная к трансформатору:



Ксз - коэффициент самозапуска двигателей нагрузки, принимаем Ксз = 1,5 - нагрузка с малым содержанием электродвигателей.

В третьем случае ток срабатывания МТЗ определяется по выражению:





Коэффициент чувствительности при КЗ в конце защищаемого участка определяем по формуле:



где - минимальный ток КЗ (при двухфазном КЗ).

Т. о., коэффициент чувствительности находится в допустимых пределах.

Выберем время срабатывания МТЗ:


tсз = tсз МТЗ Л4 + Dt = 1,6+0,5 = 2,1 с;


где Dt = 0,5 c - ступень селективности.


.2.4 Расчет параметров защиты от перегрузок

Защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ, включённой на ток одной фазы. На необслуживаемых подстанциях действует на разгрузку или отключение трансформатора.

На двухобмоточных трансформаторах с односторонним питанием предусматривается один комплект защиты, устанавливаемый со стороны питания. Ток срабатывания защиты от перегрузок:


где Котс - коэффициент отстройки, равен 1,05.



.

Выберем время срабатывания защиты:


tсз = tсз МТЗ Т1 + Dt = 2,1 + 0,5 = 2,6 с.


.2.5 Газовая защита

Газовая защита получила широкое распространение в качестве весьма чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов. Повреждения трансформатора, возникающие внутри его кожуха, сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель 2, который является самой высокой частью трансформатора (рисунок 5.1) и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждения, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.


Рисунок 5.1 - Установка газового реле на трансформаторе:

- газовое реле; 2 - расширитель


Таким образом, образование газов в кожухе трансформатора и движение масла в сторону расширителя могут служить признаком повреждения внутри трансформатора. Эти признаки используются для выполнения специальной защиты при помощи газовых реле, реагирующих на появление газа и движения масла. Газовое реле 1 устанавливается в трубе, соединяющей кожух трансформатора с расширителем так, чтобы через него проходили газ и поток масла, устремляющиеся в расширитель при повреждениях в трансформаторе.

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различающиеся принципом исполнения реагирующих элементов, в виде: поплавка, лопасти, чашки.

Устройство поплавкового газового реле показано на рисунке 5.2.


Рисунок 5.2 - Устройство поплавкового газового реле


Реле состоит из чугунного 1, имеющего вид тройного патрубка с фланцами для соединения с трубкой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка 2 а) и 2 б), выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый поплавок свободно вращается на оси, закрепленной на стойке. На торце поплавков располагаются ртутные контакты 3, представляющие собой стеклянные колбочки с впаянными в них контактами и ртутью внутри. При определенном положении поплавков ртуть замыкает контакты. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал, а нижнего - на отключение трансформатора. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают верхнее положение, их контакты разомкнуты.

При небольших повреждениях образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расширителю. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время замыкается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под влиянием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замыкает свои контакты, посылая импульс на отключение.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигнальный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, выключая трансформатор.


6. РАЗРАБОТКА И ВЫЧЕРЧИВАНИЕ СХЕМ ЗАЩИТ


Схемы включения реле защиты линии Л5 представлены в приложении А.

Схемы включения реле защиты трансформатора Т1 представлены в приложении Б.

Выбираем типы реле:

-защита линии Л5:

-токовая отсечка: 2 реле РТ 40/20; указательное реле РУ 21/0,1;

-МТЗ с блокировкой минимального напряжения: 3 реле РТ 40/6, 3 реле минимального напряжения РН 54/160; реле времени ЭВ 122, указательное реле РУ 21/0,1, промежуточное реле РП 23;

-защита от замыканий на землю: реле напряжения обратной последовательности РНФ-1М;

-защита трансформатора Т1:

-продольная дифференциальная защита: 3 реле тока РТ 40/20, промежуточное реле РП 23, указательное реле РУ 21/0,1;

-защита от сверхтоков внешних междуфазных КЗ (МТЗ): 3 реле тока РТ 40/10, реле времени ЭВ 122, промежуточное реле РП 23;

-газовая защита: 2 указательных реле РУ 21/0,1, 2 промежуточных реле РП 23;

-защита от перегрузки: реле тока РТ 40/10, реле времени ЭВ 142.


СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


1 Шабад М.А.. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1985.

Чернобровов Н.В., Семенов., В.А.. Релейная защита энергетических систем. - М: Энергоатомиздат, 1998.

Методические указания к курсовому проектированию по дисциплине «Релейная защита» для студентов специальности 1-53 01 04 «Автоматизация и управление энергетическими процессами». Романюк Ф.А., Тишечкин А.А., Бобко Н.Н., Глинский Е.В. и др . - Мн:БНТУ, 2007.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П.. Электрическая часть электростанций станций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. -М.: Энергоатомиздат , 1989.

Лабораторные работы по дисциплине «Релейная защита» для студентов энергетических специальностей. Бобко Н.Н., Глинский Е.В., Новаш В.И.,. - Мн.: БГПА, 2000.


ПРИЛОЖЕНИЕ А


Схема защиты линии Л5


ПРИЛОЖЕНИЕ Б


Схема защиты трансформатора Т1