Расчет токов короткого замыкания. Выбор релейных защит для всех элементов тяговой подстанции. Расчет уставок максимальной токовой защиты для питающих вводов в РУ-35 кВ

Содержание.

Ведение.

1.Выбор исходных данных.

2.Расчет токов короткого замыкания.

3.Выбор релейных защит для всех элементов тяговой подстанции.

4.Расчет уставок максимальной токовой защиты для питающих вводов в РУ-35 кВ.        

5.Проверка трансформаторов тока, питающих защиты на 10%         погрешность.

6.Разработка методики наладки электромагнитных реле.                   Приложение.

Список   литературы.

Введение.

В системах электроснабжения нередко неожиданно возникают короткие замыкания и другие ненормальные режимы работы. Различают к.з. между фазами электрической установки , а также между фазой и землей. В трансформаторах и электрических машинах, возможны межвитковые замыкания в обмотке одной фазы. К.З. возникают вследствие обрыва проводов, старения изоляции, ошибочных переключений и т.п. Чтобы к.з. не вызвало большого ущерба, поврежденное оборудование необходимо как можно быстрее отключить. К другим ненормальным режимам относят перегрузки. Этот режим характеризуется  протеканием по неповрежденному оборудованию  токов превышающих, длительно допустимое значение. 

Автоматические устройства, служащие  для выявления КЗ и ненормальных режимов работы и воздействия в  необходимых  случаях  на механизм  отключения выключателя или на сигнал, называют релейной защитой.

Релейная защита  устройств  электрификации и электроснабжения ж.д.  выполняется,  в основном так же, как и защита  общественных электроустановок. Ее  специфические  особенности  обуславливаются характером тяговых нагрузок, типами применяемого  оборудования и условиями эксплуатации.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите: селективность (изберательность), чувствительность, быстродействие, надежность, простота выполнения,  экономичность.

1. Выбор исходных данных.

Тип тяговой подстанции: транзитная.

Род тока: переменный.

Понизительный трансформатор типа ТДТНЖ-25000/110:          

S_н.т.=25 MBA, U_вн=115кB,U_сн=38,5кB,  U_нн=27,5  кB.

Трансформатор районной нагрузки типа ТМН-6300/35:             

S_н.т.=6,3 MBA; U_вн=38,5кB,    U_нн=11  кB.

Для ввода РУ-35 кB :

- Рассчитать уставки защиты;

- Разработать релейно-контактную схему защиты;

- Проверить трансформаторы тока;

- Разработать методику наладки.

2. Расчет токов короткого замыкания

2.1.Расчет максимальных токов К.З.

Максимальные токи  К.З.  берутся из курсового проекта по дисциплине "Тяговые подстанции". Они сведены в таблицу № 1.

Таблица № 1. Значение максимальных токов К.З.

Точка К.З.	U ст, кВ	Xрез	I”, A	i у, A	S к.з., МВА	I(2)к A	I(1)к, А
К1	115	0.046	8979	23024	1704,06	7865	4970
К2	27.5	0,386	3754	8496	247,38	3256
К3	38,5	0,264	7648	17378	354,35	6698
К4	11	0,985	5246	11943	98,456	4573
К5	0.4	8,604	15996	36242	10,984	13874

 2.2.Расчет минимальных токов К.З.

Расчет проводим,  аналогично расчету  максимальных  токов  К.З, но с учётом РПН. Расчетным является режим: 1-й источник - отключен, питание от 2-го источника; в работе находится 1 тяговый трансформатор. Схема расчетного режима показана на рис.1.

Рис.1 Схема расчетного режима.

Точка К1.

Для упрощения расчета принимаем 2-ой источник, как источник неограниченной мощности. S_б=100 MBA.

Расчетные сопротивления cистемы и результирующее приведенное к точке К1 выбираем из курсового проекта по дисциплине "Тяговые подстанции"  X_рез.= X_с=0,218.

Расчетная схема c  учетом вычислений приведена на рис.2.

Рис.2 Определение минимальных токов к.з. на шинах 38,5 кВ.

 МВА

I”=S/ U _ст =458,715/115=2303 A

 А

 А

 А

Точка К2.

Напряжение КЗ между обмотками трансформатора в режиме max:

U_к(в-с) =11,86 кВ; U_к(в-н) =19,5 кВ; U_к(с-н) =6,5 кВ.

Найдем сопротивление обмоток трансформатора:

 

Относительное сопротивление обмоток трансформатора приведённое к базисной мощности:

,                                           (1)

Преобразуем расчётную схему:

x_{рез б 2}=x_c+x_вн*б+ x_нн*б=0,218,497+0=0,715

I”_к = 139,86 /  27,5 = 2,936 кА

x_c1 = U²_ст / S_кз=27,5² / 178,788=1,997

x_т =( u_к% /100)( U²_ст / S_н)=11,86/100(27,5² /25)=3,588

I⁽²⁾_к = U_ст / (x_c1+ x_т)=27,5/1,997+3,588=4,924кА

Точка К3.

X_{рез б 3}= x_c+x_вн*б+ x_нн*б+ x_сн*б =0,218+0,497+0 +0,283=0,998

S

Точка К4.

x_т =( u_к% /100)( S_б / S_н)=8,6/100(100 /6,3)=1,365

X_{рез б4}= X_{рез б 3}+ x_т =1,502+1,365=2,363

S

I”_к = 42,319 /  11 = 2,221 кА

I⁽²⁾_к = 0,872,122=1,932 кА

Результаты расчетов заносим в таблицу №2.

Таблица №2 Значение минимальных токов К.З.

Точка К.З.	U ст, кВ	Xрез	I”, кA	S к.з., МВА	I(2)к, кA
К1	115	0,218	2,303	458,715	2,003
К2	27.5	0,715	2,936	139,86	4,924
К3	38,5	0,998	1,502	100,2	1,307
К4	11	2, 363	2.221	42,319	1,932

 3. Выбор релейных защит для всех элементов тяговой

       подстанции.

Исходя из типа подстанции с учетом типовых  решений, а также в соответствии с приведенными в рекомендациями выбираем все виды защит от аварийных и ненормальных режимов, для всех элементов тяговой подстанции. Результаты выбора защит сводим в таблицу №3. Все выбранные защиты показаны на упрощенной  однолинейной схеме подстанции (Приложение). Также необходимо составить  карту  селективности  защит  вех элементов тяговой подстанции. Карта селективности отображена на рис.3.

Рис.3 График селективности МТЗ.

Таблица №3. Защиты элементов тяговой подстанции.

Тип защит	Исполнение	Режим работы	Исполнительный элемент	Время срабат.
1	2	3	4	5
1.Питающая линия 220 кВ
ДЗ	3-х фазн. 3-х ступен.	Многофазн.КЗ в ЛЭП 220 кВ	МВ питающих вводов, перемычки и МВ	1 ст: t=0 с 2ст: t=0.5 с 3 ст: t=1 с
ТО	2-х фазн.	Резервирует 1ст ДЗ при близких КЗ	То же	без выдерж- ки времени
МНТЗ	3-х ступен.	КЗ на землю	То же	1 ст: t=0 с 2ст: t=0.5 с 3 ст: t=1 с
2.Понижающий трансформатор
ДЗТ	3-х фазн. продольное	Кз в обмотках трансформатора и на его вводах	МВ со стороны всех обмоток трансформатора	без выдерж- ки времени
ГЗ	Отдельные реле на баке расширителя и в уставках РПН	Витковые замыкания в трансформаторе	То же при бурном газовыделении; воздействие на сигнал при слабом газовыделении	без выдерж- ки времени
МТЗ ВН	3-х фазн.3-х релейн.  с пуском по напряжению	Внешние (сквозные) КЗ всех видов  на шинах СН и НН; резервирует ДЗТ и ГЗ	Откл.МВ со сторон всех обмоток трансформатора	на супень больше, чем у пред. защиты
МТЗ СН	2-х фазн. 2-х релейн.  с пуском по напряжению	Все КЗ на шинах 11 кВ; резервирует защиты присоединений 11 кВ	ВВ вводов 11 кВ	на супень больше, чем у защит присоед. 38,5 кВ
МТЗ НН	2-х фазн. 2-х релейн.  с пуском по напряжению	Все КЗ на шинах 27,5 кВ с двойным комплектом реле, включенным на сумму токов трансформатора; резервирует защиты присоединений  27,5 кВ	ВВ вводов  27,5 Кв	на супень больше, чем у защит присоед. 27,5 кВ
ЗП	Однофазн.реле на стороне основного питания тр-ра	Перегрузка трансформатора по току сверхноминального	Воздействует на сигнал	9 сек.

Продолжение таблицы №3

1	2		3			4	5
2. Трансформатор районной нагрузки.
ДЗТ	3-х фазн. продольное		Кз в обмотках трансформатора и на его вводах			МВ со стороны всех обмоток трансформатора	без выдерж- ки времени
ГЗ	Отдельные реле на баке расширителя и в уставках РПН		Витковые замыкания в трансформаторе			То же при бурном газовыделении; воздействие на сигнал при слабом газовыделении	без выдерж- ки времени
МТЗ ВН	3-х фазн.реле  с пуском по напряжению		Внешние (сквозные) КЗ всех видов на шинах СН и НН; резервирует ДЗТ и ГЗ			Откл.МВ со сторон всех обмоток трансформатора	на супень больше, чем у пред. защиты
МТЗ НН	2-х фазн.реле  с пуском по напряжению		Все КЗ на шинах 27,5 кВ с двойным комплектом реле, включенным на сумму токов трансформатора; резервирует защиты присоединений  27,5 кВ			МВ вводов  27,5 Кв	на супень больше, чем у защит присоед. 27,5 кВ
ЗП	Однофазн.реле на стороне основного питания тр-ра		Перегрузка трансформатора по току сверхноминального			Воздействует на сигнал	9 сек.
3.Трансформатор собственных нужд
ТО	2-х фазн.			Все КЗ в трансформаторе  на его вводах	МВ ТСН			без выдержек времени
МТЗ	2-х фазн.			Сквозные КЗ в трансформаторе	То же			0,5 сек.
ЗП	Однофазное реле			Перегрузка трансформатора по току сверхноминального	Воздействует на сигнал			9 сек.
4.Сборные шины 38,5 кВ
ТО	2-х фазн.			Обеспечивает селективное отключение секций шин в сочетании с резевными защитами	Секционные МВ 38,5 кВ			согласов. с защитами присоед.на ступень выше
5.Фидеры 38,5 кВ с односторонним питанием
МТЗ	2-х фазн.	Многофазные КЗ до шин подстанции			МВ фидера 38,5 кВ			на ступень выше, чем у основных защит питаемого потребит.
ТО	2-х фазн.	Многофазные КЗ в линии			То же			0 сек.

Продолжение таблицы №3

1	2	3	4		5
6.Линия ДПР
МТЗ	2-х ступен. 2-х фазн. 2-хрелейное	Многофазные КЗ в линии	Откл.МВ фидера ДПР		1 ст: t=0 c 2ст: t=0,5 с
7.Фидеры контактной сети 27,5 кВ
ДЗ с УТБ	2-х ступен. электронная	Защищает контактную сеть от КЗ и резервирует защиту ПС	МВ фидера КС		1 ст: t=0 c 2ст: t=0,5 с
ТО	электронная	Ускоренное отключение близких КЗ с большими токами	То же		без выдержек времени
8.Сборные шины 11 кВ
ТО	2-х фазн.	Обеспечивает селективное отключение секций шин в сочетании с резевными защитами	Секционные МВ 11 кВ	согласов. с защитами присоед.на ступень выше
9.Фидеры 11 кВ с односторонним питанием
МТЗ	2-х фазн.	Многофазные КЗ до шин подстанции; резервирует защиту трансформатора или фидерных потребителей	МВ фидера 11 кВ	на ступень выше, чем у основных защит питаемого потребит.
ТО	2-х фазн.	Многофазные КЗ в линии	То же	0 сек.
ЗЗП-1	С фильтром нулевой после-дователности	Замыкание на землю  в пределах линии	Откл.МВ фидера или воздействие на сигнал	без выдержек времени

4. Расчет уставок максимальной токовой защиты для             питающих  вводов