Расчет релейной защиты системы электроснабжения. Расчет защиты трансформатора 16 МВА. Защита синхронного двигателя мощностью 3150 кВт

Введение

         Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами 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. Наблюдается тенденция создания автоматизированных систем управления на основе использования цифровых универсальных и специализированных вычислительных машин. 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. Развитие системы электроснабжения требует постоянного совершенствования этих сравнительно простых устройств защиты и автоматики разработки новых устройств комплексной автоматизации.

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

1.  Составление расчетной схемы

      Расчетная схема представлена на рис.1.

      Произведем расчет  параметров расчетной схемы. Выбираем трансформаторы и двигатель по ([7],табл.,3.3,3.6,4.32).

       ТДН-16000/115/6,5,  u_КМИН=9,8%,  u_КМАКС=11,71%,  Uрпн=16%.

       ТСЗ-630/6,3/0,4, u_К=5,5%.

       СТД-3150-2ЗУХЛ4, Uн=6,1 кВ, Рн=3150 кВт, соs=0,86, Кп=6,63.

      По [4.,табл. В-1] принимаем Uсрвн=115 кВ, Uсрнн=6,3 кВ.

Система:

                   Uc=Ec=115 кВ.

                             Ом;

где Sкзмин=0,7Sмакс=0,72500=1750 МВА;

                             Ом;

  Трансформатор Т1,Т2:

      Определяем максимальное сопротивление трансформатора

                               

где  Sномтр- номинальная мощность трансформатора, МВА;

        Uмаксвн=Uномвн(1+Uрпн)=115(1+0,16)=133,4 кВ>Uдоп=126 кВ

 ([4],табл., В-1), следовательно, Uмаксвн= Uдоп=126 кВ;

       Uрпн- половина полного диапазона регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора.

       Определяем минимальное сопротивление трансформатора

                            

 где  Uминвн=Uномвн(1-Uрпн)=115(1-0,16)=96,6 кВ.

      Трансформатор Т2,Т3:

        Определяем  сопротивление трансформатора

                           

      Двигатель:

            Определяем  сопротивление двигателя

                                

 где          

         Определяем  ЭДС двигателя

                             Ед=1,1 Uсрнн=1,16,3=6,93 кВ.

      Находим параметры линий Л1,Л2,Л3:

Для линии Л1 х_о=0,4 Ом/км, для линий Л2, Л3, х_о=0,08 Ом/км

            

            

            

2.  Расчёт токов коротких замыканий

                Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания

         приведена на рис.2

                Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы

         системы в точке К1

     

    

         Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы  в точке К2

     

    

         Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы  в точке К3

 

    

               Ток к. з. приведенный к стороне НН.

     

                

                                           

         Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы  в точке К4

     

     

       

    

          Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы  в точке К5

    

          Ток к.з. в минимальном и максимальном режиме работы  в точке К6

                                            

                  

                      Ток к. з. приведенный к стороне НН.

     

                

3.  Расчет уставок МТЗ выключателей

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

–  выбирается ток срабатывания реле (установка);

–  проверяется чувствительность защиты к токам к.з.;

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

               Находим ток на низкой стороне трансформатора Т2:                    

                                      

               Находим ток на высокой стороне трансформатора Т2:

                                       

               Находим номинальный ток двигателя:

                                       

               На низкой стороне трансформатора стоят автоматические выключатели АВМ-20с с Iном=2000 А.

               Рассчитаем уставку максимального расцепителя:

                             Iуст1(1,31,5)Iраб.макс=1,5(2Iннт2)=1,5(2670,03)=2010,09,А

         По ([7],табл.6.9) принимаем ближайшее большее 2500 А

               Токовая отсечка:

Iуст2(1,51,8)Iпер=1,8( Iннт2+к_сзпIннт2)=1,8(670,03+2,5670,03)=4221,19,А

      где Iпер- ток перегрузки;

             к_сзп –коэффициент самозапуска, к_сзп=1,52,5

         По ([7],табл.6.9) принимаем ближайшее большее 8000 А

               Произведем расчет уставки МТЗ для выключателей Q13,Q14.

  Расчет проводим по двум условиям:

1.  по условию отстройки от токов самозапуска;

2.  по условию согласованию защиты с предыдущими защитами.

                         

    где  к_н – коэффициент надежности: к_н=1,1…1,2;

            к_в – коэффициент возврата: к_в=0,95…0,97;

                         

   Ток срабатывания реле (уставку) находим по следующей формуле:

                              ,                               

где n_TT - коэффициент трансформации трансформатора тока выключателя.

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

          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:

                                ,                                    

          где минимальный ток короткого замыкания, протекающий через защиту, А;

                 ток срабатывания защиты, А.

Коэффициент чувствительности должен удовлетворять требованиям ПУЭ  k_ч>1,5.

 Произведем расчет уставки МТЗ для выключателя Q12.

 Для этого необходимо определить допустимый ток линии Л2

                                      

    где Iдоп.н- допустимый ток для кабеля сечением F=150 мм²;

           Кп- поправочный коэффициент на число работающих кабелей [1], Кп=0,92;

           Кt- поправочный коэффициент на температуру окружающей среды [1], Кt=0,94;

            Кав- поправочный коэффициент на период ликвидации послеаварийного режима [1], Кав=1,35.

               По условию отстройки от токов самозапуска

                         

               По условию согласованию защиты с предыдущими защитами

                                            

                              

                           

                Произведем расчет уставки МТЗ для выключателей Q10,Q11.

                         По условию отстройки от токов самозапуска

                         

               По условию согласованию защиты с предыдущими защитами

                      

                              

                           

                               

           Уставки МТЗ для выключателей Q6=Q10 и Q9=Q11.

           Произведем расчет уставки МТЗ для выключателя Q7.

           На двигателе  мощностью от 2 до 5 кВт выполняется защита от перегрузки

                                 

    Произведем расчет уставки МТЗ для выключателя Q5.

               По условию отстройки от токов самозапуска

                         

               По условию согласованию защиты с предыдущими защитами

                                 

                                      

                                   

                Произведем расчет уставки МТЗ для выключателей Q3,Q4.

                         По условию отстройки от токов самозапуска

              

               По условию согласованию защиты с предыдущими защитами

                      

                               

                           

                               <1.5

               Для повышения чувствительности МТЗ устанавливаем типовой пусковой