Релейная защита электрических станций

1. Расчет токов короткого замыкания

2. Защита питающей линии электропередачи

3. Расчет защит трансформатора

3.1 Дифференциальная токовая защита двухобмоточного трансформатора, выполненная на реле РНТ

3.2 Максимальная токовая защита трансформатора от внешних многофазных КЗ

4. Расчет релейной защиты электродвигателей

4.1 Расчет защиты от КЗ

4.2 Выбор уставок защиты от перегрузки Список используемой литературы

1 Расчет токов короткого замыкания Исходные данные:

Система: Sкз. мах=3000 МВА Sкз. min=2700 МВА.

Трансформатор ТРДН-40 000/110; Sт. ном=40МВА;; Uном. НН=6,6 кВ.

Линия: питаемая: l=65 км; кабельная: L=0,80 км.

Электродвигатель: Pдв=1250 кВт; n=2; Кп=5,2; Ксзп=2,7; tпп=2,5с; tприс=1,2.с Расчет сопротивлений элементов схемы замещения.

Рассчитаем сопротивления системы, в максимальном и минимальном режимах по формулам хс, макс = (1.1)

хс, мин = (1.2)

где Uср, ном — среднее номинальное напряжение системы;

Sк, макс, Sк, мин — мощность короткого замыкания, в максимальном и минимальном режимах, соответственно.

хс, макс = = 4,41 Ом;

хс, мин = = 4,9 Ом;

Рассчитаем сопротивление линий WL1 и WL2

По пропускной способности воздушных линий 35−110 кВ, согласно таблице 1.2 по таблице 7.38 принимаем номинальное сечение провода 70 мм².

rлин = rуд · lлин (1.3)

хлин = xуд · lлин (1.4)

rлин = 0,428· 65 = 27,82Ом;

хлин = 0,444· 65 = 28,6Ом.

Сопротивление трансформатора рассчитывается по формуле хт = (1.5)

де Uk — напряжение между обмотками (в зависимости от положения переключателя РПН) для минимального, среднего и максимального значений регулируемого напряжения, %;

= - половина полного (суммарного) диапазона регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора, задается в процентах;

Sт.ном — номинальная мощность трансформатора, МВА.

Рассчитаем напряжения, соответствующие максимальному и минимальному положениям РПН.

Uмакс = 115· (1+0,16) = 133,4 кВ;

Uмин = 115· (1−0,16) = 96,6 кВ;

По ГОСТ допустимое максимальное значение напряжения, для электрической сети 110 кВ, составляет 126 кВ, поэтому в дальнейшем расчете используем это значение.

По таблице для трансформатора ТРДН-40 000/110: Uкз. мах=12,36%;

Uкз, мин=8,7%; Uкз. ср=10,5%.;

хт, макс = = 49,1Ом;

хт, мин = = 20,3Ом.

Рассчитаем сопротивление электродвигателей.

Номинальный ток электродвигателя рассчитывается по формуле:

Iном, дв =, (1.6)

где — номинальное напряжение электродвигателя, кВ;

— номинальная активная мощность, кВт;

— коэффициент полезного действия.

Iном, дв = = 142 А.

Пусковое сопротивление электродвигателя определяется по формуле:

хдв, пуск = (1.7)

где кп — кратность пускового тока.

хдв, пуск = = 4,69Ом.

Эквивалентное, пусковое сопротивление двух электродвигателей хэкв, дв, пуск = = 2,345 Ом.

Рассчитаем сопротивления кабеля WK1 и WK2.

Определяем сечение кабеля по экономической плотности тока:

qэк =, (1.8)

где — расчетный ток в час максимума энергосистемы;

— нормированное значение экономической плотности тока, А/мм2, по табл.

qэк = = 101,4 мм²

Принимаем один трехжильный кабель 240 мм², Iдоп, ном = 355 А;

355А > 142А, по таблице.7.10.

Рассчитаем действительные значения сопротивлений кабельной линии, с учетом параллельного соединения по формулам:

rкаб = lкаб · rуд, (1.9)

хкаб = lкаб · худ, (1.10)

где lкаб — длина кабельной линии, км;

rуд — активное сопротивление на 1 км кабельной линии;

худ — индуктивное сопротивление на 1 км кабельной линии;

По таблице.7.28.

rкаб = 0,8 · 0,129 = 0,1032 Ом;

хкаб = 0,8 · 0,071 = 0,057 Ом.

Максимально возможные токи короткого замыкания.

Точка К1:

= = = 15 131,6 А;

= = = 13 561 А.

Точка К2:

= =

= = 2875А;

= =

= = 2805 А.

Точка К3:

= =

= = 1538 А;

= =

= = 1524 А.

Точка К4:

Zк4.макс = =

== 95,4 Ом;

= 4,9· = 5,88 Ом;

= = 27,82= 33,4 Ом;

= · = 28,6= 34,33 Ом.

Zк4,мин = =

= = 47,45 Ом

=4,41 · = 3,11Ом;

= = 27,82= 19,4Ом;

= · = 28,6= 19,9Ом.

Токи КЗ приведенные к Uвн:

= = = 1176 А;

= = = 763 А.

Токи КЗ приведенные к Uнн:

= · = 1176· = 17 212 А;

= · = 763· = 14 566 А.

Сопротивление цепи КЗ до точки К4 (шины трансформатора), приведенные к Uнн, ном = 6,6кВ.

Хк4,мин? Zк4, мин = = = 0,22 Ом;

Хк4,макс = = = 0,26 Ом;

Точка К5:

Rкаб = 0,1032 · = 0,125 Ом;

Хкаб = 0,0568 · = 0,068 Ом

Zk5,мин==

= = = 12 290 А;

Zk5,макс= =

= 0,35 Ом

= = = 10 900 А.

2 Защита питающей линии электропередачи

I ступень (токовая отсечка без выдержки времени).

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от максимального тока КЗ в точке К4.

= · = 1,2 · 1176= 1411,2 А.

где = 1,2 ч 1,3;

— максимальное значение тока КЗ за трансформатором.

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска намагничивающего тока трансформатора:

= (3 ч 4) · = 4 · = 803,2А.

За расчетный ток срабатывания защиты принимается наибольший ток =1411

Выбираем трансформатор тока ТА для защиты:

Iраб.макс w = = = 201А.

Принимаем ТА типа ТВ -110- I — 300/5 встроенный в масляный многообъемный выключатель.

Ток срабатывание реле:

= = = 23,36 А.

Принимаем РТ 40/50,при последовательном соединении обмоток.

Чувствительность защиты, проверяется по минимальному 2-х фазному току КЗ в конце защищаемой линии

= = = 0,94 < доп.мин.значения.

Коэффициент чувствительности имеет недостаточную чувствительность при КЗ в конце линии, поэтому его необходимо дополнить пусковым органом минимального напряжения. Ток срабатывания при этом можно уменьшить, обеспечив допустимую чувствительность (Кч=1,3) при 2-х фазном КЗ в конце линии в минимальном режиме.

Ток срабатывания выбирается следующим образом:

= =1015,2 А

Ucз=I (Zл+Zт)/Котс==105 851 В=105,851 кВ Вторичным условием выбора Ucз является отстройка от минимального рабочего напряжения линии:

Ucз= Uраб. мин/Котс=96,6/1,2=80,5кВ За напряжение срабатывания зашиты, принимается меньшее из двух расчетных значений Ucз. При этом напряжение срабатывания минимальных реле напряжения.

Uср=Ucз/Ku=80 500/1100=73,18 В Кч=Ucр/U2.мах=73,18/52=1,41> доп.мин.значения

U2,макс=(Uмах-Iк3,макс (Zл + Zс. мин))/ Ku == 52 В

В качестве резервной защиты в этом случае принимается МТЗ.

· ()=

= 1,2 · (201+ 2,7 · 201) = 892,44А.

Ток срабатывание реле

= = = 14,9 А.

Принимаем реле типа РТ40/20,при параллельном соединении обмоток.

= = = 1,5 >доп.мин.значения

3 Расчет защит трансформатора

3.1 Дифференциальная токовая защита двухобмоточного трансформатора, выполненная на реле РНТ Определим первичные токи на высокой стороне и низкой стороне защищаемого трансформатора, а также вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформатора тока и их коэффициентов в схеме.

Расчетные данные сведены в таблицу 3.1

Таблица 3.1- Расчетные данные

Определим ток срабатывания защиты

Iс.з = · =

= 1,3 · (1 · 1 · 0,1 + 0,16) · 1176 = 397,5 А.

Ток срабатывания защиты должен быть отстроен от броска намагничивающего тока

Iс.з = · = 1,3 · 200,8 = 261 А.

За расчетное значение принимается наибольшее значение

Iс.з = 397,5 А.

Таблица 3.2 Расчет параметров релейной защиты

Коэффициент чувствительности равен

= = = 1,92 > 1,5;

где коэффициент схемы (= при КЗ между двумя фазами на стороне низшего напряжения защищаемого трансформатора.

Определяем значение коэффициента чувствительности для тока срабатывания защиты, соответствующий окончательно принятому, в режиме, при котором производилось предварительная проверка чувствительности:

= = = 1,98 > 1,5.

3.2 Максимальная токовая защита трансформатора от внешних многофазных КЗ В качестве защиты трансформатора от токов в обмотке обусловленных внешними многофазными КЗ служит максимальная токовая защита, устанавливаемая со стороны основного питания.

Время срабатывания МТЗ должно быть согласованно с временем защиты секционного выключателя

= = 1,2+0,3 = 1,5 с;

= 0,3ч0,5 с.

Секционный выключатель Q3 в нормальном режиме отключен.

= = 1,5 + 0,3 = 1,7 с.

Ток срабатывания защиты должен быть отстроен от тока нагрузки 1 секции с учетом подключения нагрузки 2 секции.

Данный ток рассчитывается по выражению

= - так как секции одинаковы, поэтому имеем, что

= = 2 · 142 = 284 А.

Icз= =1360 А.

Проверяем чувствительность МТЗ при двухфазном КЗ за трансформатором Ток срабатывания защиты приведем к стороне 110 кВ

= = 78 А

= = 1,3 А.

= = =16,5 А Чувствительность МТЗ как резервной проверяется по току КЗ в конце кабельной линии в минимальном режиме

? 1,2;

= = 12,7 > 1,2.

Проверяем чувствительность МТЗ при двухфазном КЗ на выводах ЭД

= = = 23,6А;

== 4А;

Принимаем к установке реле РТ — 40/20, при параллельном соединении обмоток = (10ч20) А.

5,9 > 1,5.

4 Расчет релейной защиты электродвигателей Для защиты электродвигателей мощностью 2 МВт от многофазных замыканий должна предусматриваться токовая однорелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов, с реле прямого или косвенного действия, включенным на разность токов двух фаз.

4.1 Расчет защиты от КЗ Токовая отсечка выполняется однорелейной. Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от пускового тока ЭД где = 1,4 для реле РТ — 40;

— кратность пускового тока;

— номинальный ток двигателя.

= 1033,76 А Ток срабатывания реле токовой отсечки

= = = 17,23 А где — коэффициент схемы соединение трансформаторов тока;

— коэффициент трансформации трансформатора тока .

Чувствительность защиты определяется по минимальному току в точке к (2) на выводах ЭД

= = = 10,5 > 2

При проверки чувствительности защиты при схеме соединение трансформатора тока на разность токов двух фаз необходимо рассматривать КЗ АВ или ВС при которых ксх = 1.

4.2 Выбор уставок защиты от перегрузки Ток срабатывания защиты от перегрузки выбирается по условию отстройки от номинального тока ЭД

= = = 213 А где = 1,2; = 0,8.

Ток срабатывание реле определяется по выражению

= = = 6,14 А.

где = .

Данная защита срабатывает с выдержкой времени. Выдержка времени на реле РТ устанавливается в зависимости от длительности пуска ЭД или времени допустимой технологической перегрузки.

Данная защита не проверяется по коэффициенту чувствительности, так как она не предназначена для срабатывания при КЗ.

короткое замыкание ток релейная защита

Список используемой литературы

1. Электротехнический справочник. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — Т.3. — Кн. 1.

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

3. Беркович М. А. и др. основы техники релейной защиты / М. А. Беркович, В. В. Молчанов, В. А. Семенов. — М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А. А. Антюшин, А. Е. Гомберг, В. П. Караваев и др.; Под ред. Э. С. Мусаэляна. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

5. Рожкова Л. Д., Козулин В. С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

6. Андреев В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. — М.: Высшая школа, 1991.

7. Чернобровов Н. В. Релейная защита. — М.: Энергия, 1974.

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