Выбор принципов релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ (мощность трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции - 690 МВ·А)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ  ЗАОЧНЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

Курсовая работа

по дисциплине                                                                                           «Релейная защита и автоматизация»

Выполнил:                                   студент 6 курса ЭФ СЗТУ

специальность 140211.65

Воробьев Н.А.

шифр 31-5507

Проверил:

Санкт-Петербург

2008

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Для заданного участка сети выбрать принципы (типы) релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ согласно требованиям правил устройства электроустановок; выбрать уставки этих защит; составить трехлинейную схему защиты трансформатора; на схеме участка сети указать типы принятых защит и их уставки, а также трансформаторы тока и напряжения.

Произвести расчет токов при трехфазных коротких замыканиях; выбрать необходимые трансформаторы тока и напряжения; выбрать типы устройств защиты и обосновать их чувствительность, а в трехлинейной схеме защиты трансформатора выбрать типы реле и указать на схеме спецификацию требующейся аппарату

Исходные данные:

Таблица 1

Номер подстанции, для которой требуется составить трехлинейную схему защиты трансформатора	2
Мощность трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции, МВ·А	690
Схема по рисунку	7
Типы выключателей на напряжении 37 кВ	МКП-35
Напряжение оперативного тока на подстанции: 1 2	220В – ~
Длины линий, км: W1 W2	8 8

 

На рис. 1 представлена однолинейная схема распределительной подстанции 1 и подстанции 2.

Подстанция 2 двухтрансформаторная 35/10 кВ, трансформаторы – понижающие, двухобмоточные, схема обмотки трансформаторов: Y /Δ-11.

Питание СН и местного района выполнено через понижающие трансформаторы 10/0,4 кВ.

Линии 10 кВ W3 и W4  защищает токовая защита с независимой выдержкой времени.

1. Определение рабочих максимальных и номинальных токов.

1.1.   Номинальные токи трансформаторов:

I_Т1nomBH = I _Т2nomBH = 156 A;

I_Т1nomHH = I _Т2nomHH = 550 A;

I _Т3nomBH = 88 A;

I _Т3nomHH = 2312 A;

I _Т4nomBH = 55 A;

I _Т4nomHH = 1445 A;

1.2.   Максимальные рабочие токи линий:

I_р.maxW3  и I_р.maxW4  можно определить из заданных токов срабатывания токовых защит, установленной на линиях  W3, W4:

Ток срабатывания защиты линии     I_с.3.W = I_р.maxW ,              тогда

I_р.maxW3 =246 А,

Где

k_H = 1,2    - коэффициент надежности учитывает возможную погрешность в величине тока возврата реле;

k_В = 0,85   - коэффициент возврата токового реле;

k_С.3ап. = 1,5 - коэффициент самозапуска учитывает возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ;

I_р.maxW4 =227 А.

Расчетные нагрузки ВЛ-35 кВ определим как:

= 11190 + 590 = 11780 кВ·А,

Где

= S_Т1.10,5 + S_Т2.10,5= 6067 + 5123 = 11190 кВ·А – нагрузка сети 10 кВ, где

S_Т1.10,5= (I_р.maxW3  + I _Т3nomBH )··U_10,5 = (246 + 88)·1,73·10,5 = 6067 кВ·А;

S_Т2.10,5= (I_р.maxW4  + I _Т4nomBH)··U_10,5 = (227 + 55)·1,73·10,5 = 5123 кВ·А;

Потери в трансформаторах Т-1,2 определяются как:

        = +=  371 + 219 = 590 кВ·А, где

=

Согласно условиям задачи параметры трансформаторов:

Трансформатор		Sном, МВ·А	Uном, кВ		Схема соединения	ΔPxx кВт	ΔPкз кВт	uк %	Ixx %
№	Тип		ВН	НН
Т-1	ТД-10000/35	10	38,5	10,5	Y/Δ-11	12	60	8	0,75
Т-2	ТД-10000/35	10	38,5	10,5	Y/Δ-11	12	60	8	0,75
Т-3	ТМ-1600/10	1,6	10	0,4	Y/Y- 0	3,3	16,5	5,5	1,3
Т-4	ТМ-1000/10	1,0	10	0,4	Y/Y- 0	2,45	11	5,5	1,4

Тогда:

= = 371 кВ·А;

= = 219 кВ·А;

Максимальные рабочие токи линий W1 и W2:

I_р.maxW1,2 =184 A.

2. Расчет токов короткого замыкания (КЗ)

2.1.  На схеме определяем точки коротких замыканий: К1; К2; К3; К4; К5; К6.

хс

K

K1

K2

хW2

xT1

xT2

K4

K5

xT3

xT4

K6

K7

2.1.  Выбор базисных условий

Приводим все сопротивления к базисным условиям, т.е. к базисной мощности и базисному напряжению.

За базисную мощность принимаем мощность КЗ на шинах 37кВ питающей подстанции S_б = 690 МВ·А.

За базисное напряжение принимаем  U_б = 37кВ.

Т.к. нейтраль в сети напряжением 37 кВ изолирована, то выбирается релейная защита только от междуфазных коротких замыканий, а при замыкании фазы на землю срабатывает сигнализация об этом повреждении. В связи с этим токи вычисляют для симметричного КЗ (для t=0с) и принимают их не изменяющимися во времени, а ток при двухфазном КЗ вычисляют по формуле:

2.2.  Исходные данные:

S_б = S_КЗ = 690 000 кВ·А;

U_б = 37 кВ;

I_б = 10 780 А;

x_c =  1 о.е.;

x_w1 = x_w2 = 1,61 о.е., где

x_уд = 0,4 Ом/км - удельное сопротивление ВЛ 35 кВ.

x_Т1 = x_Т2 = 5,52 о.е.

x_Т3 = 34,5 о.е.

x_Т4 = 55,2 о.е.

2.3.  Расчет токов КЗ

Ток при КЗ на шинах п/ст 1 (точка К):

10 780 А.

Ток при КЗ в начале линии W1 (точка К1) при отключенном Q1 (или К2 для W2 при отключенном Q2):

 = 2555 А.

Ток при КЗ на шинах п/ст 2 (точка К3):

4130 А (одна линия 35 кВ в работе);

5972 А (две линии 35 кВ в работе).

Ток при КЗ в точке К4 или К5:

1326 А (одна линия 35 кВ в работе);

1472 А (две линии 35 кВ в работе).

Ток при КЗ в точке К6 на стороне 37 кВ:

253 А ;

258 А .

Ток при КЗ в точке К7 на стороне 37 кВ:

170 А ;

172 А .

Ток при КЗ в точке К6, приведенный к стороне 10,5 кВ:

892 А ;

909 А.

Ток при КЗ в точке К7, приведенный к стороне 10,5 кВ:

599 А ;

606 А .

Результаты расчетов токов КЗ сведем в таблицу 2:

Таблица 2

Точка КЗ	(А), приведенный к		(А), приведенный к		(А), приведенный к
	37 кВ	10,5 кВ	37 кВ	10,5 кВ	37 кВ	10,5 кВ
К	-	-	10780	-	9336	-
К1	-	-	2555	-	2213	-
К2	-	-	2555	-	2213	-
К3	4130	-	5972	-	3577	-
К4	1326	4673	1472	5187	1148	4045
К5	1326	4673	1472	5187	1148	4045
К6	253	892	258	909	219	772
К7	170	599	172	606	147	519

3. Выбор защит

На выключателях Q1 и Q2        МТЗ        (максимальная токовая защита);

БТЗ (балансная токовая защита).

На выключателях Q3 и Q4        ДНЗ         (дифференциальная направленная защита).

На выключателе QВ1, QВ2       МТЗ        (максимальная токовая защита).

На трансформаторе Т1              МТЗ        (максимальная токовая защита);

(с действием на Q3, QВ1,                     ДфЗ (дифференциальная защита);

ДфЗ и ГЗ также на Q5)                        ГЗ   (газовая защита).

На трансформаторе Т2              МТЗ        (максимальная токовая защита);

(с действием на Q4, QВ1,                     ДфЗ (дифференциальная защита);

ДфЗ и ГЗ также на Q6)                        ГЗ   (газовая защита).

На трансформаторах Т3,4         МТЗ        (максимальная токовая защита);

ТО  (токовая отсечка);

ГЗ   (газовая защита).

4. Расчет защит

4.1.  Расчет защит для трансформатора Т3

I_Т3ном = 88 А;

Трансформаторы тока выбираются  с коэффициентом трансформации n_ТА = 100/5.

k_cx = 1       - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока.

МТЗ Т3

I_{с.мтзТ3 ·}I_Т3ном·88 = 186 А.

Чувствительность защиты при КЗ в точке К6:

4,15 > 1,5.

Ток срабатывания реле:

I_{с.р.мтзТ3} 9,3 А.

ТО Т3

I_с.тоТ3 = k_Н ·= 1,25·909 = 1136 А.

Ток срабатывания реле:

I_{с.р.тоТ3} 56,8 А.

4.2.  Расчет защит для трансформатора Т4

I_Т4ном = 55 А;

Трансформаторы тока выбираются  с коэффициентом трансформации n_ТА = 75/5.

k_cx = 1       - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока.

МТЗ Т4

I_{с.мтзТ4 ·}I_Т4ном·55 = 116 А.

Чувствительность защиты при КЗ в точке К7:

4,47 > 1,5.

Ток срабатывания реле:

I_{с.р.мтзТ4} 7,7 А.

ТО Т4

I_с.тоТ4 = k_Н ·= 1,25·606 = 758 А

Ток срабатывания реле:

I_{с.р.тоТ4} 50,5 А.

4.3.  Расчет защиты на секционном выключателе QВ2

Максимальный рабочий ток через при отключении трансформатора Т1 составит:

I_QB2ном = I_р.maxW3  + I _Т3nomBH = 246 + 88 = 334 А

Трансформаторы тока выбираются  с коэффициентом трансформации n_ТА = 400/5.

k_cx = 1       - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока.

МТЗ QВ2

I_{с.мтзQB2 ·}I_QB2ном·334 = 707 А.

Чувствительность защиты при КЗ в точке К4:

5,72 > 1,5.

Ток срабатывания реле:

I_{с.р.мтзQB2} 8,8 А.

4.4.  Расчет защит трансформаторов Т1 и Т2

4.4.1  МТЗ Т1 и Т2

Расчетные максимальные нагрузки через