Диплом Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-24Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего
от 25%

Подписываем
договор
Задание
Рассчитать уставки устройств релейной защиты и автоматики (РЗ и А) системы электроснабжения принципиальная схема, которой представлена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема системы электроснабжения
Разработать защиту от всех видов повреждения для трансформаторов Т1 и Т2 и защиту линий W1 и W2. Работу выполнить в следующем объеме:
1. Рассчитать токи короткого замыкания (ТКЗ) в объеме, необходимом для выбора установок и проверки чувствительности.
2. Выбрать места установки и типы релейной зашиты (РЗ).
3. Выбрать трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.
4. Рассчитать уставки защит, выбрать типы реле, проверить чувствительность защит.
5. Выбрать плавкие вставки для предохранителей и уставки автоматов.
6. Определить выдержки времени защит от двигателя до шин главной
понизительной подстанции (ГПП).
7. Составить принципиальные схемы выбранных защит.
8. Определить селективность действия защит.
9. Защиту линии и трансформаторов выполнить на переменном оперативном токе.
Разработать РЗ двигателей, данные которых приведены в табл. 1.
1. Рассчитать токи КЗ.
2. Выбрать трансформаторы тока.
3. Выбрать тип защиты и тип реле, определить уставки и чувствительность защиты.
4. Составить и вычертить принципиальную схему РЗ.
Разработать схему автоматического включения резерва (АВР) секционных выключателей.
Таблица 1. Параметры двигателей
Параметр | Двигатель | |||||||
асинхронный | синхронный | |||||||
М1 | М2 | М3 | М4 | М5 | М6 | М7 | М8 | |
Номинальное напряжение, кВ | 0,38 | 6 | ||||||
Номинальная мощность, кВт | 5 | 60 | 7,5 | 5,5 | 4 | 15 | 1000 | |
Условия пуска | легкий | 6 | ||||||
Коэффициент мощности cos | 0,87 | 0,9 | ||||||
Коэффициент полезного действия, % | 85 | 93 | ||||||
Мощность КЗ, МВА | - | 70 | ||||||
Обороты, об/мин | | 1000 |
Таблица 2. Параметры синхронных генераторов
Номинальное напряжение, кВ | 6,3 |
Номинальная мощность, кВт | 2000 |
Емкость обмотки статора для трех фаз, мкФ | 0,077 |
Коэффициент мощности, cos | 0,8 |
Сверхпереходное сопротивление, | 0,1 |
Таблица 3. Параметры трансформаторов
Трансформатор | Номинальное напряжение, кВ | Номинальная мощность, МВА | Напряжение КЗ, % | |
ВН | НН | |||
Т1, Т2 | 110 | 35 | 10 | 10,5 |
Т9, Т10 | 35 | 0,4 | 2,5 | 6,5 |
Таблица 4. Параметры системы и линий
Элемент | Номинальное напряжение, кВ | Мощность КЗ, МВА | Длина линий, км |
Система | 110 | 2000 | |
W1, W2 | 110 | | 30 |
W3, W4 | 35 | | 3 |
Таблица 5. Параметры дуговых сталеплавильных печей и конденсаторных установок
Элемент | Номинальное напряжение, кВ | Мощность | Вид регулирования |
СА1, СА2 | 10 | 1480 кВт | по току и напряжению |
ВС1, ВС2 | 6 | 400 квар | В функции cos |
Введение
Целью данного курсового проекта является расчет устройств РЗ и А системы электроснабжения. При работе элементов систем электроснабжения возможно возникновение ненормальных и аварийных режимов. К ним относятся короткие замыкания, перегрузки, понижение уровня напряжения, частоты и другие.
Повреждения и ненормальные режимы должны быть устранены, и это является основным назначением устройств релейной защиты и системной автоматики.
К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования: селективность, необходимое быстродействие, чувствительность и надежность. Перечисленные требования удовлетворяются правильным выбором устройств релейной защиты, схем соединения устройств РЗ, расчётом установок срабатывания.
1. Расчет токов короткого замыкания
Расчет токов короткого замыкания проводим в относительных единицах. Все полученные величины приведены к базовым условиям. Базовую мощность принимаем равной:
= 1000 МВА.
Схема замещения приведена на рисунке 1.1:
Рис. 1.1. Схема замещения
Определим сопротивления схемы замещения:
Сопротивление системы согласно [l.стр. 131]:
где SK3 - мощность короткого замыкания системы.
Определим параметры линий 110 кВ (нагрузкой являются трансформаторы Т1 и Т2) с учетом допустимой перегрузки трансформатора согласно [1,стр.213):
где
Выбор сечения проводов проводим по экономической плотности тока [1, стр.232].
где
Принимаем провод АС-70/11 сечением 70
Сопротивление ЛЭП согласно [1, стр.131]:
где
l – длина ЛЭП.
Определяем параметры линий 35 кВ. Нагрузкой линии 35 кВ, при простое второй будут трансформаторы Т7, Т8, Т9 и Т10. Так как параметры трансформаторов Т7 и Т8 не даны, принимаем для расчета нагрузку этих трансформаторов – четыре синхронных двигателя:
где
Выбор сечения питающего кабеля проводим по экономической плотности тока.
При
Принимаем 2 кабеля ААБ-35-(3Ч185) общим сечением 370
Сопротивление трансформаторов согласно [1, стр.131]:
где
Для трансформатора мощностью 10МВА соотношение x/r составляет порядка 10.
Исходя из этого, принимаем:
для трансформатора блока 2 МВт принимаем [1, стр.613]
Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.
Исходя из этого, принимаем:
Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.
Исходя из этого, принимаем:
Сопротивление генераторов согласно [1, стр.131]:
для генератора мощностью 2 МВА соотношение x/r составляет порядка 15. Исходя из этого, принимаем:
Расчет токов КЗ для точки К1
Упростив схему замещения относительно точки К1 получаем схему, представленную на рис 1.2.
Рис. 1.2. Упрощенная схема замещения
Базовый ток согласно [1, стр.142]:
где
Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.137]:
где
Значение периодической составляющей тока короткого замыкания по ветвям:
Ветвь энергосистемы ( сопротивление ветви составляет 1,76 отн. ед.):
Ветвь генератора G2 ( сопротивление ветви составляет 41,89 отн. ед.):
Общий ток:
Определим величину ударного тока [1, стр.148]:
где
где:
Ветвь энергосистемы:
Ветвь генератора G2:
Суммарный ударный ток короткого замыкания в точке К1:
Определим величину апериодической составляющей тока короткого замыкания.
Согласно [1, стр.151]:
При установке выключателя ВВБК-110Б-50, собственное время отключения выключателя составит
Тогда t= 0,01+0,045 = 0,055 с .
Ветвь энергосистемы:
Ветвь генератора G2:
Суммарная апериодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с:
Определим величину периодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени t = 0,055 с .
Периодическая составляющая тока короткого замыкания от энергосистемы в любой момент времени неизменна:
Ветвь генератора G2:
Так как генератор значительно удален от точки короткого замыкания ( за двумя ступенями трансформации), принимаем:
Общая величина периодической составляющей тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с составит:
Расчет несимметричных токов короткого замыкания
Для упрощения расчетов принимаем величины сопротивления обратной последовательности всех элементов схемы, (включая синхронные генераторы) равными величинам сопротивлений прямой последовательности:
Схема замещения нулевой последовательности представлена на рисунке 2.1:
Рис. 2.1. Схема замещения нулевой последовательности.
Согласно [1, стр.160]: справедливо соотношение
Величины сопротивлений нулевой последовательности остальных элементов схемы, равны величинам соответствующих сопротивлений прямой последовательности [1, стр.160].
Двухфазное короткое замыкание.
Значение периодической составляющей тока короткого замыкания по ветвям:
Ветвь энергосистемы (
Ветвь генератора G2 (
Общий ток:
Определим величину ударного тока:
Ветвь энергосистемы:
Ветвь генератора:
Суммарный ударный ток короткого замыкания в точке К1:
Определим величину апериодической составляющей тока короткого замыкания:
Ветвь энергосистемы:
Ветвь генератора G2:
Суммарная апериодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 c :
Величину периодической составляющей тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с считаем неизменной:
Двухфазное короткое замыкание на землю.
Преобразуем схему замещения нулевой последовательности относительно точки К1.
Результирующее сопротивление согласно [1, стр.168]:
Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.168]:
Определим величину ударного тока:
Величина апериодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени: t = 0,055 с.
Величина периодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени: t =0,055 с.
Однофазное короткое замыкание на землю.
Результирующее сопротивление согласно [1, стр.168]:
Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.168]:
Определим величину ударного тока:
Расчеты токов КЗ для других точек аналогичны расчётам для точки К1. Результаты расчётов приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Точка КЗ | Вид повреждения | Источник | | |
КЛ (ВЛ 110 кВ) | Трехфазное КЗ | Система: | 2,85 | 4,7 |
Генератор G2: | 0,13 | 0,3 | ||
Итого: | 2,98 | 5 | ||
Двухфазное КЗ | Система: | 2,47 | 4,06 | |
Генератор G2: | 0,11 | 0,25 | ||
Итого: | 2,58 | 4,31 | ||
Однофазное КЗ на землю | Итого: | 0,89 | 1,75 | |
К2 (РУ 35 кВ) | Трехфазное КЗ | Итого: | 1,84 | 4,17 |
Двухфазное КЗ | Итого: | 1,6 | 3,63 | |
К3 (Сторона ВН ГПП) | Трехфазное КЗ | Итого: | 1,75 | 3,87 |
Двухфазное КЗ | Итого: | 1,52 | 3,35 | |
К4 (РУ 0,4 кВ) | Трехфазное КЗ | Итого: | 40,9 | 91,5 |
Двухфазное КЗ | Итого: | 35,42 | 79 | |
Однофазное КЗ на землю | Итого: | 44,68 | 99,8 | |
К5 (РУ 6 кВ) | Трехфазное КЗ | Итого: | 2,6 | 4,1 |
Двухфазное КЗ | Итого: | 2,25 | 5,03 |
2. Выбор тока плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного электродвигателя
При выборе предохранителей для защиты асинхронных двигателей руководствуемся рекомендациями, изложенными в [4, стр.98-стр.116].
Условия выбора предохранителя:
где
где
Для двигателя М1:
Принимаем к установке предохранитель типа: НПН2;
Для остальных двигателей расчеты аналогичны. Результаты расчетов приведены в табл. 2.1.
Таблица 2.1 Результаты выбора предохранителей
Двигатель | | | | | Предохранитель | ||
Тип | | | |||||
М1 | 5 | 10,27 | 51,35 | 20,54 | НПН2 | 63 | 25 |
М2 | 60 | 123,27 | 616,35 | 246,54 | ПН2 | 250 | 250 |
М3 | 7,5 | 15,41 | 77,05 | 30,82 | НПН2 | 63 | 32 |
М4 | 5,5 | 11,3 | 56,5 | 22,6 | НПН2 | 63 | 25 |
М5 | 4 | 8,22 | 41,1 | 16,44 | НПН2 | 63 | 20 |
М6 | 15 | 30,82 | 154,1 | 61,64 | НПН2 | 63 | 63 |
Предохранитель FU3, от которого запитана группа электродвигателей, выбирается согласно следующих условий:
где
Принимаем к установке предохранитель типа ПН2;
Для обеспечения селективности действия защиты для предохранителя FU2 принимаем плавкую вставку с номинальным током:
Предохранитель типа: ПН2;
3. Выбор установок автоматов
При выборе автоматов для защиты асинхронных двигателей руководствуемся рекомендациями, изложенными в [4, стр.98-стр.116].
Условия выбора:
где
Автомат для двигателя М1:
Выбираем автомат типа АЕ 2023М,
Для остальных двигателей выбор производится аналогично. Результаты приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Результаты выбора автоматического выключателей
Двигатель | | | | Предохранитель | ||
Тип | | | ||||
М1 | 10,27 | 51,35 | 64,19 | АЕ 2023 | 12,5 | 87,5 |
М2 | 123,27 | 616,35 | 770,44 | АЕ 2063 М | 160 | 800 |
М3 | 15,41 | 77,05 | 96,31 | АЕ 2023 | 16 | 112 |
М4 | 11,3 | 56,5 | 70,63 | АЕ 2023 | 12,5 | 87,5 |
М5 | 8,22 | 41,1 | 51,38 | АЕ 2023 | 10 | 70 |
М6 | 30,82 | 154,1 | 192,63 | АЕ 2043 М | 31,5 | 220,5 |
Выбор автомата QF3.
Автомат, от которого запитана группа двигателей выбирается по следующим условиям:
где
Принимаем автомат типа АВМ-4Н,
Принимаем такой же автомат и для QF2. Автоматы типа АВМ – 4Н имеют регулируемую (0-10 с ) выдержку времени, что позволяет получить требуемую ступень селективности.
Выбор автомата QF1.
Ток уставки автомата определяем из условия:
где
Принимаем автомат серии Э «Электрон» типа ЭО40С,
4. Проверка чувствительности предохранителя
Чувствительность предохранителя обеспечивается, если выполняется условие:
где
Для двигателя М1:
Для двигателя М2:
Для двигателя М3:
Для двигателя М4:
Для двигателя М5:
Для двигателя М6:
Предохранитель FU3:
Предохранитель FU2:
Рассчитанная величина тока КЗ значительно превышает полученные величины, следовательно предохранители обладают достаточной чувствительностью.
5. Проверка чувствительности автоматов
Чувствительность автоматов обеспечивается, если выполняется условие:
где
Для двигателя М1:
Для двигателя М2:
Для двигателя М3:
Для двигателя М4:
Для двигателя М5:
Для двигателя М6:
Автомат QF3 (QF2):
Автоматы обладают достаточной чувствительностью.
Чувствительность вводного автомата проверяем по условию:
где
Вводной автомат обладает достаточной чувствительностью.
6. Время срабатывания предохранителя и автомата
Время срабатывания плавкой вставки предохранителя определяем по типовым характеристикам зависимости времени сгорания плавкой вставки предохранителя от величины тока, протекающего по предохранителю [8, стр.384].
При токе КЗ
Для двигателя М1:
Для двигателя М2:
Для двигателя М3:
Для двигателя М4:
Для двигателя М5:
Для двигателя М6:
Предохранитель FU3:
Предохранитель FU2:
Время срабатывания автомата с мгновенным расцепителем равно нулю, т.е. автоматы, защищающие двигатели, срабатывают мгновенно.
Время срабатывания автомата QF3, защищающего группу двигателей, принимаем на ступень селективности больше, чем у автоматов двигателей.
7. Проверка селективности между элементами релейной защиты
Селективность между последовательно установленными предохранителями соблюдается, если выполняется условие [8,стр.384]:
где
Наибольшее время сгорания имеет предохранитель, защищающий двигатель М2
чем меньше времени, определенного для FU3 по типовым характеристикам:
чем меньше времени, определенного для предохранителя FU2 по типовым характеристикам:
Селективность действия автоматических выключателей обусловлена выдержками времени рассчитанными в Пункте 6.
8. Расчет защиты двигателей напряжением 6 кВ
Синхронные электродвигатели защищают от следующих повреждений и ненормальных режимов работы:
- от междуфазных КЗ обмотки статора;
- от замыканий на землю обмотки статора;
- от перегрузки;
- от понижения напряжения.
Защита от междуфазных КЗ в обмотке статора
Для защиты двигателя от междуфазных КЗ в обмотке статора применяем токовую отсечку с использованием токовых реле типа РТ-40. Схема соединения трансформаторов тока неполная звезда. Ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока двигателя, согласно [6,стр.379]:
где
Номинальный ток двигателя:
где
Пусковой ток двигателя:
Ток срабатывания реле согласно [6,стр.379]:
где
Принимаем трансформатор тока типа ТВЛМ6-УЗ;
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/50 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.379]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Защита от замыканий на землю обмотки статора
Защита от замыканий на землю выполняется на токовом реле, подключаемом к трансформатору тока нулевой последовательности с подмагничиванием. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.401]:
где
где
где k – коэффициент, учитывающий класс изоляции (k=40 для класса изоляции В);
S – номинальная мощность двигателя, кВА;
Номинальная мощность двигателя:
Так как ток срабатывания защиты не превышает 10 А (для двигателей до 2000 кВт), защиту от замыканий на землю не устанавливаем.
Защита от перегрузок
Для защиты двигателей от перегрузки используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.379]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания
Защита от понижения напряжения
Напряжение срабатывания защиты согласно [7,стр.394]:
Напряжение срабатывания реле:
где
Принимаем трансформатор напряжения НТМИ-6-66:
Для выполнения защиты применяем реле напряжения РН-54/160 с
Проверка трансформаторов тока на 10% погрешность
При проверке руководствуемся рекомендациями, изложенными [8,стр.330].
Определим сопротивление нагрузки на трансформатора тока.
где
Сопротивление проводов:
где
где
Кратность расчетного тока срабатывания к номинальному току трансформатора тока составит:
где
По кривой 10% погрешности трансформатора тока, с учетом кратности первичного тока срабатывания, определяем
Трансформаторы тока будут работать в заданном классе точности.
Схема защиты приведена в приложении.
9. Расчет защиты цехового трансформатора
Защита предусматривается от следующих повреждений и ненормальных режимов:
- от междуфазных КЗ в обмотках трансформатора и на их выводах;
- от витковых замыканий;
- защита от внешних КЗ;
- перегрузки;
- снижение уровня масла в баке трансформатора.
Защита трансформатора от междуфазных КЗ
Для защиты трансформатора от междуфазных КЗ применяем токовую отсечку без выдержки времени. Схема соединений трансформатора тока и обмоток реле неполная звезда.
Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:
Ток срабатывания защиты, приведенный к стороне ВН:
где
Номинальный ток трансформатора:
Принимаем трансформатор тока типа ТФЗМ35А-У3;
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-4040/100 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Защита от внешних КЗ
Для защиты от внешних КЗ и резервирования действия основных защит (токовой отсечки и газовой защиты) устанавливается МТЗ с выдержкой времени.
Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока трансформатора с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания
Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:
где
Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-114.
Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:
где
Приводим величину тока двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора к стороне ВН, и вычисляем коэффициент чувствительности:
что удовлетворяет условию проверки.
Защита трансформатора от перегрузки.
Для защиты от перегрузки используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.332]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания
Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:
Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.
Защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла в баке
Любые ( даже незначительные ) повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора вызывают расположение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химической состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался сигнал, а при бурном газообразовании, что присутствует при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора. Кроме того, защита реагирует на опасные понижения уровня масла в баке трансформатора.
Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов от внутренних повреждений ( реагирует на все виды повреждений, включая витковые замыкания).
Газовая защита выполняется с использованием реле типа РЗТ-80.
10. Расчёт защиты линии 35 кВ
Защита предусматривается от следующих повреждений и ненормальных режимов:
- от междуфазных КЗ;
- от перегрузки;
- от замыкания на землю;
Для защиты 35 кВ устанавливаем токовую отсечку, максимальную токовую защиту (МТЗ) с выдержкой времени и защиту от замыкания на землю.
Расчет токовой отсечки
Схема соединений трансформатора тока и обмоток реле звезда. Схему защиты выполняем на переменном оперативном токе.
Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:
где
Ток трехфазного КЗ, приведенный к стороне ВН трансформатора:
где
Ток в линии:
Принимаем трансформатор тока типа ТЛК35-У3;
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Расчёт МТЗ линии 35 кВ
Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока линии с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Время срабатывания защиты отстраиванием от времени срабатывания МТЗ трансформатора Т9 (Т10):
Защита от замыкания на землю линии 35 кВ
Для защиты от замыканий на землю линии 35 кВ, принимаем защиту нулевой последовательности, подключенную к фильтру токов нулевой последовательности.
Емкостной ток замыкания на землю кабельной сети согласно [6,стр.224]:
где U =35 кВ – междуфазное напряжение сети; L = 3 км – длина линии.
Ток срабатывания защиты определяется из условия обеспечения величины коэффициента чувствительности не менее двух:
Принимаем ток срабатывания защиты, равный:
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/0,2 с током срабатывания
Схема защиты линии 35 кВ приведена в приложении.
11. Расчет защиты линии 110 кВ
Для защиты линии 110 кВ устанавливаем:
- токовую отсечку;
- максимальную токовую защиту, с выдержкой времени;
- защиту от замыкания на землю.
Расчет токовой отсечки
Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от тока КЗ, в конце защищаемого участка [7,стр.297]:
где
Ток трехфазного КЗ, приведенный к стороне ВН трансформатора:
где
Ток в линии:
Принимаем трансформатор тока типа ТФЗМ110Б-1-У3;
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/50 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Расчет МТЗ линии 110 кВ
Ток срабатывания МТЗ согласно [6,стр.296]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания
Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Время срабатывания защиты отстраиванием от времени срабатывания МТЗ КЛ 35 кВ.
Защита от замыкания на землю линии 110 кВ
При расчете руководствуемся рекомендациями, изложенными в [6,стр.208].
В качестве защиты от замыкания на землю линии 110 кВ принимаем токовую отсечку нулевой последовательности без выдержки времени.
Ток срабатывания защиты отстраивается от возможного тока нулевой последовательности, протекающего в сторону защищаемой линии:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/100 с током срабатывания
Схема защиты линии 110 кВ приведена в приложении.
12. Расчет защиты трансформатора на ГПП
Защиты предусматриваются от следующих повреждений и ненормальных режимов:
- от междуфазных КЗ в обмотках трансформатора и на их выводах;
- от витковых замыканий;
- защита от внешних КЗ;
- перегрузки;
- снижение уровня масла в баке трансформатора.
Защита от междуфазных КЗ
Для защиты трансформатора от междуфазных КЗ применяем дифференциальную защиту м реле типа РНТ-565. При расчетах руководствуемся рекомендациями, изложенными в [7,стр.310-стр.318]. Расчёт проводим в табличной форме.
Таблица 12.1 Расчёт уставок дифференциальной защиты
Искомая величина | Расчетная формула | Расчетные величины | ||
110 кВ | 35 кВ | |||
Первичный ток, А | | | | |
Схема соединения | - | Y | | |
Схема соединения ТА | - | | Y | |
Устанавливаемый ТА | - | ТФЗМ110Б-1-У3; | ТЛК35-У3; | |
Коэффициент трансформации ТА | | | | |
Коэффициент схемы ТА | - | | 1 | |
Ток в плечах защиты | | | | |
Ток КЗ, приведенный к ВН | | | ||
Ток небаланса от ТА и РПНа | | | ||
Ток срабатывания защиты | | | ||
Принимаем большую величину тока срабатывания защиты: | ||||
Ток срабатывания реле | | | | |
Сторона с большим вторичным током, принимается как основная: | ||||
Искомая величина | Расчетная формула | Расчетные величины |
Число витков для основной стороны | | |
Устанавливаемое число витков для основной стороны | | |
Число витков для неосновной стороны | | |
Устанавливаемое число витков для неосновной стороны | | |
Ток небаланса от неточного выравнивания токов в плечах защиты | | |
Общий ток небаланса | | |
Ток срабатывания реле, приведенный к стороне ВН | | |
Коэффициент отстройки | | |
Окончательные принятые витки: | ||
Коэффициент чувствительности | | |
Примечания:
- данные на трансформаторы тока приведены согласно [2,стр.302,304];
-
-
-
-
-
-
-
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]:
где
Согласно «Сборника директивных материалов Минэнерго СССР» от 1971 г. для обеспечения надежного действия защиты требуется:
Принимаем ток срабатывании защиты, равный:
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания
Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:
где
Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.
Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:
где
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]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/6 с током срабатывания
Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:
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:
где
где
Принимаем
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:
где
В относительных единицах:
Номинальный ток генератора:
Принимаем трансформатор тока типа ТВЛМ6-У3;
Ток трехфазного КЗ:
Определим ток срабатывания:
Принимаем
Ток срабатывания реле:
Расчетное число витков дифференциальной обмотки:
где
Принимаем в дифференциальной обмотке
Уточненный ток срабатывания защиты:
Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты:
где
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]:
где
где
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]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания
Напряжение срабатывания защиты, согласно [7,стр.356]:
Напряжение срабатывания реле, согласно [7,стр.356]:
где
Для выполнения защиты применяем реле напряжения РН-54/160 с напряжением срабатывания
Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:
где
Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.
Коэффициент чувствительности защиты по току, согласно [7,стр.356]:
где
что удовлетворяет условию проверки.
Коэффициент чувствительности защиты по напряжению согласно [7,стр.356]:
где
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.
Для защиты генератора от симметричных перегрузок используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.379]:
где
Ток срабатывания реле:
Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/6 с током срабатывания
Выдержка времени принимаем на ступень больше, чем выдержка времени защиты от внешних КЗ.
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
Этому соответствует условие:
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
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.