Расчет релейной защиты системы электроснабжения. Защита синхронного двигателя мощностью 1600 кВт

Введение

         Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами кибернетического типа, все элементы которых участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому надёжное и экономическое функционирование систем электроснабжения возможно только при автоматическом управлении ими. Для этой цели используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики. Наиболее распространены токовые защиты, простые устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного источника питания (АВР) и автоматической частотной разгрузки (АЧР), используемые в установках с выключателями, оборудованными приводами.

         В данной курсовой работе для защиты линий электропередачи применяется максимальная токовая защита (МТЗ). Также необходимо предусмотреть защиту трансформатора и электродвигателя.

1.  Расчёт токов коротких замыканий

 

Рис. 1.1. Исходная расчётная схема

         Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания  производится по следующей формуле:

                             ,                                                       (1.1)

где  I_N⁽³⁾ - ток трёхфазного короткого замыкания в N-ой точке, кА;

 X_∑   - сопротивление от N-ой точки короткого замыкания до системы, Ом;

 U - напряжение ступени, на которой призошло короткое    замыкание, кВ.

Расчёт токов двухфазного короткого замыкания  производится по следующей формуле:

  ,                                                      (1.2)

Выберем трансформаторы [1, табл. 3.5, 3.6.]:

Т1: ТДНС-10000/35/10     U_к=8%

Т2: 2×ТМ-1000/10/0,4      U_к=5,5%

Т3: ТМ-630/10/0,4            U_к=5,5%

        Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания приведена на рис.2

 

Рис. 1.2. Схема замещения для расчётов токов коротких замыканий

Расчёт токов короткого замыкания будем вести в именованных единицах. Найдём параметры схемы замещения:

Сопротивления, приведенные к низшей стороне трансформатора 35/10 кВ:

Сопротивления, приведенные к низшей стороне трансформатора

10/0,4 кВ:

Токи при коротком замыкании в точке 1:

Токи при коротком замыкании в точке 2:

Токи при коротком замыкании в точке 3:

Токи при коротком замыкании в точке 4:

Токи при коротком замыкании в точке 5:

Токи при коротком замыкании в точке 6:

Токи при коротком замыкании в точке 7:

Токи при коротком замыкании в точке 8:

Токи при коротком замыкании в точке 9:

Токи при коротком замыкании в точке 10:

2.  Расчёт максимальной токовой защиты линий

2.1.  Расчёт токов нормального режима

Токи нагрузок для нормального режима определим следующим образом:

                                        ,                                        (2.1)

 где    S_i и I_i – мощность и ток через i-ый выключатель, кВА и А;

                  U – напряжение на выключателе, кВ.

2.2. Выбор трансформаторов тока

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбираются исходя из токов нормального рабочего режима энергосистемы при максимальной нагрузке. Номинальный вторичный ток трансформаторов тока принимаем 5А. Результаты выбора трансформаторов тока сводим в таблицу 2.1.

Выбор трансформаторов тока осуществляем по току нагрузки нормального режима I_раб:

I_Q1 =I_Q2= 61,1 А;

I_Q3 = 213,85 А;

I_Q4 = 121,47 А;

Выбираем трансформаторы тока с номинальными первичными   токами:

I_1Н = I_2Н =75 А;        I_3H=300 A; ;        I_4H=150 A;

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока находим по следующей формуле:

                                                ,                                        (2.2)

где i - номер выключателя, для которого выбирается трансформатор тока;

      I_iН  - номинальный первичный ток трансформатора тока, А;

I_НН - номинальный вторичный ток трансформатора тока, А;

;

;

.

Выбор остальных трансформаторов тока аналогичен, поэтому дальнейшие расчёты не приводятся и результаты заносим в таблицу 2.1

Таблица 2.1.

              Результаты выбора трансформаторов тока.         

Номер выключателя по рис.1.	Ток рабочего режима I, А	Номинальный первичный ток трансформатора тока, А	Коэффициент трансформации трансформатора тока nTT
1 2 3 4 5 6 7 8	61,1 61,1 213,85 121,47 121,47 29,1 46,19 92,38	75 75 300 150 150 50 50 100	15 15 60 30 30 10 10 20

2.3. Расчёт уставок максимальной токовой защиты

Для защиты линий электропередач применим схему МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении на постоянном оперативном токе.

Схема МТЗ приведена на рис.2.1.

Расчёт максимальной токовой защиты (МТЗ) производиться в следующей последовательности:

–  выбирается ток срабатывания реле (установка);

–  проверяется чувствительность защиты к токам к.з.;

–  проверяется возможность применяется схемы защиты с дифференцированием ЭО;

–  выбирается по условию селективности время срабатывания защиты и выбранное время проверяется по условию термической устойчивости защищаемого элемента;

Для отстройки от переходных токов нагрузки после отключения внешних к.з. должно выполнятся условие:

                                              ,                       (2.3)

где I_сз – первичный ток срабатывания МТЗ, А;

       к_зап – коэффициент запаса, учитывающий погрешность реле и необходимость запаса. Для реле типа РТ-40, РТ-80: к_зап=1,1…1,2;

       к_в – коэффициент возврата токового реле. Для реле типа РТ-40, РТ-80: к_в=0,8…0,85;

      к_сзап – коэффициент самозапуска, показывающий во сколько раз увеличится ток нагрузки линии после отключений внешнего к.з. к_сзап=1,5…2,5;

   I_раб.max – максимальный установившийся ток нагрузки линии, А.

Ток срабатывания реле (уставку) находим по следующей формуле:

                                                ,                                 (2.4)

где n_TT - коэффициент трансформации трансформатора тока выключателя.

К_СХ - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока, для полной и неполной звезды К_СХ =1;

Найдём первичный ток срабатывания реле на выключателе Q8 по формуле (2.3):

Ток срабатывания реле найдём по формуле (2.4):

Расчёт остальных уставок МТЗ аналогичен, поэтому результаты расчётов заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

                                 Расчёт уставок реле типа РТ-40. 

Номер выключателя по рис.1.	Ток срабатывания защиты IС.З., А	Ток реле IP, А	Ток уставки реле Iуст, А	Тип реле
1 2 3 4 5 6 7 8	210,03 210,03 735,11 417,55 417,55 100 158,79 317,56	14 14 12,25 13,85 13,85 10 15,88 15,87	14 14 12 14 14 10 16 16	РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20 РТ-40/20

2.4.  Расчёт чувствительности защит

          Чувствительность будет обеспечена, если при любом виде к.з. в защищаемом элементе ток, протекающий через токовое реле защиты превышает величину уставки реле. Количественно чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности, равным:

                                            ,                                     (2.5)

          где минимальный ток короткого замыкания, протекающий через защиту, в нашем случае это ток двухфазного короткого замыкания, А;

                 ток срабатывания защиты, А.

    ;

;

;

;

;

;

Из расчётов видно, что коэффициенты чувствительности удовлетворяют требованиям ГОСТа( k_ч>1,5).

2.5.  Расчёт уставок реле времени

Выдержки времени МТЗ выбираются по ступенчатому принципу, то есть последующая защита должна иметь большую выдержку времени, чем предыдущая на ступень селективности Dt=0,5 с. Максимальную токовую защиту всех последующих участков отстраиваем от повреждений на предыдущих участках