Задача 1. II ступень

СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ЭНЕРГИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кафедра: «Электроэнергетических систем атомных станций»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

по дисциплине: «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

Вариант № 14

Студента группы Эс/б-16-1-з

Устинова Р.А.

Проверил:

2020 г.

Оглавление

Задача 1. 3

Задача 2. 7

Задача 3. 12

Задача 1

Определить токи срабатывания трехступенчатой токовой защиты на линиях W1 и W2 сети с односторонним питанием и чувствительность защит (рис. 1). Определить время срабатывания защит. Нарисовать карту селективности защит.

Рис.1. Схема участка сети с трехступенчатой токовой защитой.

Состав защит:

на линии W1 – мгновенная отсечка (МО), отсечка с выдержкой времени (ОВВ), максимальная токовая защита (МТЗ), на линии W2 - мгновенная отсечка, максимальная токовая защита.

Исходные данные:

- коэффициент токораспределения К_Т = 1;

- коэффициент отстройки К_Н = 1,2;

- коэффициент возврата К_В = 0,8;

- коэффициент самозапуска двигателей К_СЗП = 2.

Таблица 1

№ варианта

Точка К1

I⁽³⁾_{К1 макс}/I⁽²⁾_{К1 мин}

Точка К2

I⁽³⁾_{К2 макс}/I⁽²⁾_{К2 мин}

Точка К3

I⁽³⁾_{К3 макс}/I⁽²⁾_{К3 мин}

Максимальные

рабочие токи

Линия W1 I_{РАБ МАКС}, A

Линия W2 I_{РАБ МАКС}, A

7500/4330

2020/1540

785/645

Решение:

I ступень

Ток срабатывания мгновенной отсечки выбирается из условия отстройки от максимального тока КЗ в конце защищаемой линии:

Время срабатывания первой ступени защиты выбирается с учетом отстройки защиты от искусственных кратковременных КЗ, создаваемых трубчатыми разрядниками и составляет не более 0,1 с. Примем

Чувствительность защиты при двухфазных коротких замыканиях

II ступень

Ток срабатывания токовой отсечки с выдержкой времени линии W1 определяется из условий согласования с током срабатывания мгновенной отсечки линии W2 (IIступень):

k_T - коэффициент токораспределения, учитывающий влияние тока подпитки от источника, подключенного к шинам подстанции Б. Поскольку в нашем примере нет дополнительного источника, подключенного к подстанции Б, то ток подпитки равен нулю и k_T = 1.

Выдержка времени 2-ой ступени защиты линии W1 больше выдержки времени 1-й ступени защиты линии W2 на ступень Δt = 0,5с:

Коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ в конце защищаемой зоны (точке К2):

Защита чувствительна.

III ступень

Ток срабатывания МТЗ (3-я ступень защиты линии W1) определяется из двух условий:

– отстройки от максимального тока самозапуска двигателя ;

- согласования с током срабатывания МТЗ предыдущего участка (линии W2).

Ток срабатывания МТЗ линии W2:

Ток срабатывании МТЗ линии W1:

(1-е условие)

(2-е условие)

Выбираем наибольший ток

Коэффициент чувствительности защиты при коротком замыкании в точке К3

Защита МТЗ 1-й линии на 100% защищает протяженность 1-й линии, и частично резервирует 2-ю линию.

Определяем уставку срабатывания защиты МТЗ по времени срабатывания:

Рис. 1 Карта селективности.

Задача 2

По исходным данным, приведенным в таблице 2.1, рассчитать токи короткого замыкания защищаемого трансформатора с учетом изменения сопротивления трансформатора при регулировании напряжения под нагрузкой.

Рассчитать число витков обмоток НТТ, подключаемых к трансформаторам тока основной и неосновной сторон.

Проверить чувствительность защиты при повреждениях в зоне ее действия.

В соответствии со схемой включения реле РНТ-565 определить числа витков рабочей и уравнительной обмоток.

Таблица 2.1

№ варианта	S_тр,ном, МВ∙А	U_{ВН ном}, кВ	U_{НН ном}, кВ	ΔU, %	u_{к мин}, %	u_{к макс}, %	X_{с мин}, Ом	X_{с макс}, Ом	Схема включения, № рисунка
14	32	158	6,3	±12	10,89	10,14	20	18	1,б

Условные обозначения величин в таблице 2.1:

- номинальная мощность трансформатора;

- номинальное напряжение трансформатора на стороне высшего напряжения;

- номинальное напряжение трансформатора на стороне низшего напряжения;

- диапазон регулирования напряжения устройством РПН в процентах от ;

- минимальное напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах от ;

- максимальное напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах от ;

- сопротивление системы в минимальном режиме работы;

- сопротивление системы в максимальном режиме работы.

а) б)

Рис. 2.1. Схема включения обмоток реле РНТ-565 в

дифференциальной защите: а) с использованием двух уравнительных обмоток; б) с использованием рабочей и одной уравнительной обмоток.

Решение:

1. Определим минимальное и максимальное сопротивление трансформатора и .

2. Определим максимальный и минимальный токи, проходящие через защищаемый трансформатор на первичной стороне при КЗ между тремя фазами на шинах НН

3. Определим номинальные токи защищаемого трансформатора на сторонах высокого и низкого напряжений

4. Выбираем коэффициенты трансформации трансформаторов тока:

- на высокой стороне: ;

- на низкой стороне: .

5. Определяем вторичные номинальные токи в плечах защиты:

- на высокой стороне

- на низкой стороне

В качестве основного плеча защиты выбираем сторону с большим вторичным током (5 А), т.е. плечо на стороне ВН.

6. Определим первичный расчетный ток небаланса , приведенный к регулируемой стороне ВН, без учета составляющей :

7. Определим ток срабатывания защиты:

- по условию отстройки от тока небаланса

- по условию отстройки от броска намагничивающего тока

За расчетный ток срабатывания защиты принимаем наибольший, т.е.

8. Определим ток срабатывания реле на основной стороне:

9. Производится предварительная проверка чувствительности защиты. Расчетным по чувствительности является КЗ между двумя фазами на стороне низкого напряжения в минимальном режиме работы питающей системы. При этом ток через реле определяется в соответствии с таблицей 2.2:

Предварительное значение коэффициента чувствительности можно определить из выражения:

Полученный коэффициент чувствительности больше требуемого согласно ПУЭ.

10. Определим число витков основной обмотки НТТ:

Примем целое число витков .

11. Число витков неосновной обмотки НТТ определим из условия баланса МДС в нормальном режиме:

Примем ближайшее целое число витков .

12. Определим составляющую тока небаланса , обусловленную неточностью установки на НТТ расчетных чисел витков:

13. Уточним первичный расчетный ток небаланса с учетом составляющей :

По полученному значению производим уточняющий расчет тока срабатывания защиты , тока срабатывания реле , числа витков основной обмотки НТТ , числа витков неосновной обмотки НТТ .

14.

15.

16.

Примем уточненное число витков основной стороны .

17.

Примем уточненное число витков неосновной стороны .

18. С помощью коммутатора рабочей обмотки W_р, подключенной к ТТ основной стороны, следует набрать число витков W_осн =7 (рисунок 2.1,б).

На коммутаторе уравнительной обмотки W_ур2 необходимо набрать три витка, тогда вторичный ток неосновной стороны будет обтекать три витка уравнительной обмотки и семь витков рабочей.

19. Проверим чувствительность дифференциальной защиты:

Поскольку коэффициент чувствительности защиты k_ч=2,25>2, то рассчитанная дифференциальная защита силового понижающего трансформатора с реле РНТ-565 удовлетворяет требованию ПУЭ по чувствительности.

Задача 3

Для дистанционной защиты полного сопротивления от междуфазных КЗ со ступенчатым временем срабатывания, установленной на линии W1 (рисунок 3.1), определить уставки срабатывания первой, второй и третьей зон, времена срабатывания этих зон и графически представить характеристики согласования защит I, II и III зон. Параметры линий W₁, W₂, силового трансформатора Т, источников питания G₁, G₂, номинального напряжения линии и максимального рабочего тока на участке W₁ приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

№ варианта	U_с.ном, кВ	L₁, км	L₂, км	X₁_{А макс}, Ом	X₁_{Б мин}, Ом	U_{к мин}, %	ΔU, %	S_{тр ном}, МВ∙А	I_{раб макс}, А
14	220	80	40	12	22	11,6	12	100	400

Исходные данные:

- коэффициент, учитывающий увеличение сопротивления

срабатывания I зоны за счет погрешностей трансформатора напряжения и дистанционного органа;

- коэффициент, учитывающий уменьшение сопротивления срабатывания I зоны за счет погрешности трансформатора тока;

Ом/км – удельное полное сопротивление прямой последовательности;

– ступень селективности;

- коэффициент надежности;

- коэффициент возврата реле;

- коэффициент самозапуска нагрузки;

- угол полного сопротивления линии;

- угол сдвига фаз между напряжением и током в нагрузочном режиме.

Рис. 3.1. Схема участка сети с трехступенчатой дистанционной защитой.

Условные обозначения величин в таблице 3.1:

U_{с ном} – номинальное напряжение сети; L₁ – длина линии W1; L₂ – длина линии W2; X_{1А макс} – сопротивление генератора G1 в максимальном режиме работы; X_{1Б мин} – сопротивление генератора G2 в минимальном режиме работы; u_{к мин}, % - минимальное напряжение короткого замыкания трансформатора; ΔU, % - диапазон регулирования напряжения устройством РПН; S_{тр ном} – номинальная мощность трансформатора; I_{раб макс} - максимальный ток нагрузки.

Решение.

1. Определение первичного сопротивления срабатывания I ступени

защиты.

Первичное сопротивление срабатывания I ступени защиты AK1 отстраивается от короткого замыкания в конце защищаемой линии:

линия W1

линия W2

2. Выбор времени срабатывания I ступени. Время срабатывания пер-

вой ступени определяется собственным временем действия реле и условием отстройки от работы трубчатых разрядников. Примем с.

3. Определение коэффициента токораспределения k_Т. Для расчета пер-

вичного сопротивления срабатывания второй ступени защиты необходимо предварительно определить коэффициент токораспределения , равный отношению первичного тока в защищаемой линии к току на предыдущем участке, а также минимальное сопротивление трансформатора T на подстанции Б. k_Т определяется по соотношению сопротивлений, исходя из реально возможного режима работы, которому соответствует наименьшее значение коэффициента токораспределения:

4. Минимальное сопротивление трансформатора T:

В последней формуле - среднее напряжение сети со стороны первичной обмотки; - относительная величина половины полного диапазона регулирования РПН.

5. Определение первичного сопротивления срабатывания II ступени

Защиты AK1. Первичное сопротивление срабатывания II ступени определяется из двух условий:

а) согласования с I ступенью защиты AK2 линии W2

б) отстройки от КЗ за трансформатором T подстанции Б

За окончательное значение сопротивления срабатывания II ступени выбираем наименьшее значение

6. Выбранное значение проверяется по условию надежного дей-

ствия при КЗ на шинах подстанции Б, при этом коэффициент чувствительности II ступени защиты

Таким образом, II ступень защиты AK1 удовлетворяет по чувствительности требованиям ПУЭ.

7. Выдержка времени II ступени защиты AK1 согласуется с выдержкой

времени быстродействующей I ступени защиты AK2 предыдущего участка

8. Первичное сопротивление срабатывания пусковых органов (третья

зона) дистанционной защиты должно быть отстроено от минимального рабочего полного сопротивления линии с учетом самозапуска электродвигателей. Для дистанционного органа с круговой характеристикой, проходящей через начало координат, наибольший по величине вектор сопротивления срабатывания совпадает с диаметром окружности, расположенным под углом к оси R и определяется выражением:

9. Чувствительность третьей ступени защиты AK1 при ее работе в

качестве основной проверяется при КЗ в конце своего участка W1:

Определяем коэффициент чувствительности третьей ступени защиты AK1 при ее действии в качестве резервной, т.е. при металлическом КЗ на шинах подстанции В, с учетом подпитки на линии БВ, по выражению:

10. Выдержка времени III ступени защиты AK1 согласуется с выдерж-

кой времени III ступени предыдущей защиты AK2. Положим время срабатывания IIIступени предыдущей защиты , тогда

11. Вторичные сопротивления срабатывания отдельных зон определя-

ются по выражению:

где , если реле включены на разность токов и разность напряжений одноименных фаз; , если реле включены на фазные токи и междуфазные напряжения; - коэффициент трансформации трансформаторов тока, примем ; - коэффициент трансформации трансформаторов напряжения, примем .

Тогда сопротивление срабатывания I зоны:

Сопротивление срабатывания II зоны:

Сопротивление срабатывания III зоны:

12. Построение характеристик защит для I, II и III зон.

На рисунке 3.9 представлены зоны действия ступенчатых дистанционных защит AK1, AK2 и время срабатывания каждой ступени.

Рис. 3.9. Согласование характеристик дистанционных защит А и Б двух смежных ЛЭП.