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

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:

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

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