![]()
|
|||||||
Тверской государственный технический университет»Стр 1 из 2Следующая ⇒
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный технический университет» (ТвГТУ)
Кафедра электротехники и электроснабжения
Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем
Методические указания к курсовому проекту для студентов направления 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника для дневного и заочного факультетов
Тверь 2020
УДК 621.316 ББК 31.277.1
Настоящие методические указания адресованы студентам дневной и заочной форм обучения направления подготовки бакалавров 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника и предназначены для оказания методической помощи при выполнении курсового проекта по курсу «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем». Составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и рабочей программой курса «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» направления 13.03.02.
Задачей курсового проекта является закрепление теоретических знаний и практических навыков по выбору схем релейной защиты, выполнению расчётов параметров защит и проверки защит по чувствительности. Результаты разработки курсового проекта должны быть оформлены в виде расчётно-пояснительной записки и графической части материала.
1. Требования к оформлению курсового проекта
Курсовой проект оформляется в виде расчётно-пояснительной записки объёмом до 25 страниц и графической части – 1 лист. На титульном листе указываются: название курсового проекта, кафедра, фамилия и инициалы студента, дата сдачи работы, фамилия и инициалы руководителя. Пояснительная записка должна содержать следующие материалы: оглавление, введение, необходимые расчёты и пояснения, схемы релейной защиты, заключение, список используемой литературы. При проектировании схем релейной защиты необходимо использовать только новые типы реле и микропроцессорных блоков релейной защиты. Во введении необходимо кратко дать характеристику первичной схемы защищаемых элементов, возможных повреждений и ненормальных режимов работы, постановку задачи, подход к выбору принципов выполнения проектируемой релейной защиты. Расчёты должны содержать формулы с обязательной ссылкой на литературу, численные значения входящих в них величин, результат расчёта и размерность полученной величины. При выполнении расчётов обязательно указать основные положения для расчётов. Расчет каждой схемы защиты должен заканчиваться выбором типа и уставки микропроцессорного блока или реле. Если уставка дискретная, то после ее выбора необходимо рассчитать уточненный коэффициент чувствительности защиты. На листе изобразить: - первичную схему защищаемых элементов; - принципиальные разнесенные схемы выбранных защит в трёхфазном исполнении; - спецификацию выбранных реле или микропроцессорных блоков защит. На листе должны быть следующие схемы: защиты трансформатора ГПП, питающей линии от ГПП до цеха, цехового трансформатора и схема автоматики. Все защиты трансформатора необходимо объединить в одну схему. Обязательно обеспечить сквозную нумерацию всех элементов схемы на чертеже. Чертежи должны соответствовать требованиям действующих стандартов. В заключении излагаются выводы по результатам работы. 2. Содержание курсового проекта
Исходными материалами при проектировании устройств релейной защиты и автоматики являются электрические параметры защищаемого объекта, а также его схема включения и условия работы. Для определения параметров релейной защиты и автоматики требуется знание максимальных токов нагрузки, а также максимальных и минимальных токов КЗ. В разделе решаются вопросы защиты и автоматики электрооборудования, установленного при проектировании схемы электроснабжения промышленного предприятия или подстанции: силовых трансформаторов или автотрансформаторов ГПП; воздушных или кабельных линий, питающих цеховую КТП; цеховых трансформаторов, установленных в КТП; мощных асинхронных, синхронных двигателей и двигателей постоянного тока; сборных шин и конденсаторных установок, оборудования установленного на стороне 0,4 кВ. Выбираются: оперативный ток для управления релейной защитой и автоматикой; типы защит, устройства релейной защиты и автоматики, схемы защит и автоматики. Релейную защиту и автоматику трансформаторов ГПП нужно выполнять с использованием современных микропроцессорных устройств. Использование электромагнитных реле необходимо обосновать. Защита трансформаторов КТП выполняется на электромагнитных реле.
3 Выбор трансформаторов тока и напряжения
Трансформаторы тока (ТА) выбираются по номинальному напряжению и току первичной цепи. На электродинамическую и термическую стойкость не проверяются. Номинальный первичный ток (IНОМ) ТА должен быть равным или больше рабочего максимального тока(IРАБ..МАКС). В работе за IРАБ.МАКС принимается длительно допустимый ток линии (IДЛ..ДОП), который определяется по сечению жил кабеля или проводов воздушной линии. Вторичный номинальный ток (I2НОМ) принимается равным 5А. С учётом изложенного выше значения первичного номинального тока ТА выбирается по шкале стандартных значений. Для всех защит ток срабатывания реле или уставка микропроцессорного блока защиты рассчитывается по формуле
где 4. Разработка схемы оперативного тока релейной защиты
Выбрать источник оперативного тока и нарисовать схему оперативных цепей для защит. Указать достоинства и недостатки постоянного (выпрямленного) и переменного оперативного тока. При использовании выпрямленного оперативного тока необходимо применить блок питания и заряда (БПЗ).
5. Релейная защита понижающих силовых трансформаторов ГПП
Для трансформаторов ГПП предусматриваются устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: - многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформатора; - токов в обмотках, обусловленных внешним коротким замыканием; - токов в обмотках, обусловленных перегрузкой; - витковых замыканиях в обмотках, понижения уровня масла; - однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединённых к сети с глухозаземленной нейтралью; - однофазных замыканий на землю в сетях с изолированной нейтралью. На трансформаторах большой мощности Sт >= 6,3 МВА для защиты от многофазных замыканий устанавливается дифференциальная защита. Методика ее расчета зависит от выбора микропроцессорного блока релейной защиты.
5.1. Дифференциальная токовая защита трансформаторов
5.1.1 Дифференциальная токовая защита с использованием блоков микропроцессорных релейной защиты.
Методики расчета дифференциальной защиты на основе блоков микропроцессорной релейной защиты представлены на сайте Акционерное общество «Системный оператор Единой энергетической системы» в разделе «Стандарты организации» Ссылки на методики расчета: 1) Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА оборудования подстанций производства ООО «АББ Силовые и Автоматизированные Системы» http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/STO_56947007-29.120.70.098-2011_izm_14.12.2016.pdf 2) Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА подстанционного оборудования производства ЗАО «АРЕВА Передача и Распределение» http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/fsk_ees_ru_1108/production/STO_56947007-29.120.70.100-2011_izm_ot_25082015.pdf 3) Методические указания по выбору параметров срабатывания дифференциально-фазной защиты производства GE Multilin (L60) http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/56947007-29.120.70.031-2009.pdf 4) Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА подстанционного оборудования производства ООО НПП «ЭКРА» http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/35.77_sto_56947007-29.120.70.99-2011_new.pdf 5) Методические указания по выбору параметров срабатывания устройств РЗА серии SIPROTEC (Siemens AG) трансформаторов с высшим напряжением 110-220 кВ http://www.fsk-ees.ru/upload/docs/STO_56947007-29.120.70.137-2012.pdf
5.1.2. Дифференциальная токовая защита с использованием Микропроцессорного блока БМРЗ.
5.1.2.1. Расчет уставок защиты проводится в относительных величинах. За базисное значение принимается номинальный ток стороны ВН силового трансформатора. Для выбора номинального тока измерительного преобразователя тока (ПИТ) на стороне ВН и НН необходимо определить входной расчетный ток
где
5.1.2.2. Выбор начального значения дифференциального тока срабатывания и коэффициентов торможения Относительное значение начального дифференциального тока срабатывания
где ε - относительная погрешность первичного трансформатора тока в установившемся режиме; ε = 0,1;
В выражении (2) коэффициент 0,5 учитывает, что тормозная характеристика имеет первый излом при значении тормозного тока, равном 0,5Iном. Расчет проводится для двух значений Расчет коэффициента торможения Кторм.2 на втором участке проводится исходя из отстройки от тока небаланса. Расчет относительного значения тока небаланса
где В выражении (3) коэффициент Оценка коэффициента К10 проводится для сторон ВН и НН следующим образом. Определяется параметр
где
При выполнении для всех сторон условия Коэффициент торможения Кторм.2 определяется по выражению
где Котс = 1,3 - коэффициент отстройки. Коэффициент 1,5 в выражении (5) учитывает положение второй точки излома характеристики торможения при значении тормозного тока, равном 1,5Iном. Коэффициент торможения Кторм.3 на третьем участке выбирается с учетом того, что при больших кратностях токов внешних КЗ наблюдается значительное искажение формы кривой токов небаланса. Методика точного расчета значения Кторм.3 с учетом всех влияющих факторов довольно сложна. Целесообразно использовать следующие приближенные расчетные значения: для трансформаторов мощностью 25 МВ⋅А и менее следует принять Кторм.3 равным 0,7; для трансформаторов мощностью 40 МВ⋅А и более следует принять Кторм.3 равным 0,9. Если для трансформаторов мощностью 25 МВ⋅А и менее с какой-либо стороны использованы первичные трансформаторы тока с вторичным номинальным током, равным 1 А, то следует принять Кторм.3 равным 0,9.
5.1.2.3. Выбор уставки информационного параметра блокировки
Основным режимом, определяющим значение коэффициента информационного параметра блокировки Кипб, является режим отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора при его включении на холостой ход. Для защит трансформаторов распределительных сетей рекомендуется значение Кипб, равное 0,38. Для трансформаторов, установленных в сетях собственных нужд станции, следует принять Кипб равным 0,34.
5.1.2.4. Проверка чувствительности
Коэффициент чувствительности Кч определяется соотношением
где
5.1.2.5 Расчет дифференциальной токовой отсечки
По условию отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора при его включении на холостой ход рекомендуется принять уставку отсечки на уровне 6Iном. По условию отстройки от тока небаланса при внешнем КЗ уставку выбрать по выражению
где Коэффициент Из двух полученных значений уставок отсечки выбрать наибольшее.
5.2. Защита трансформатора ГПП от токов внешнего короткого замыкания
Для защиты трансформатора ГПП от токов внешнего короткого замыкания устанавливается максимальная токовая защита (МТЗ).
Ток срабатывания МТЗ
где
где Кпер = 1,4 – коэффициент перегрузки; Iном.т, - номинальный ток трансформатора Выдержка времени МТЗ выбирается по ступенчатому принципу, начиная с наиболее отдалённой от источника питания защиты. При этом каждая последующая защита в направлении к источнику питания должна иметь выдержку времени на ступень селективности больше выдержки времени предыдущей защиты [1]:
где - Для МТЗ рассчитываются два коэффициента чувствительности: основной и резервный
где
где При недостаточной чувствительности защиты следует установить на линии МТЗ с комбинированным пуском по напряжению. Ток срабатывания защиты МТЗ с комбинированным пуском по напряжению Напряжение срабатывания 1. Обеспечения возврата реле в условиях самозапуска после отключения внешнего короткого замыкания - по выражению
где 2. Отстройки от напряжения самозапуска
Коэффициент чувствительности защиты по напряжению рассчитывается по формуле где На трехобмоточных трансформаторах для обеспечения селективности МТЗ устанавливается со стороны каждой обмотки.
5.3. Защита трансформатора ГПП от однофазных замыканий
Если в документации к микропроцессорному блоку в методике расчета, есть расчет параметров защиты от однофазных замыканий на землю, то надо использовать его. Если такого расчета нет, можно использовать расчет, предложенный в [1]. В защите используется схема на сумму токов трёх фаз с действием на отключение. Выдержка времени защиты выбирается по ступенчатому принципу. Ток срабатывания реле отстраивается от тока небаланса:
где
где
5.4. Защита трансформатора ГПП от перегрузки
Защита на двухобмоточных трансформаторах устанавливается со стороны питания и действует с выдержкой времени на сигнал. Ток срабатывания защиты определяется по формуле: Ток срабатывания реле определяется по формуле:
где Выдержка времени принимается на ступень селективности больше, чем время срабатывания МТЗ
где
5.5. Газовая защита
Обмотки большинства трансформаторов помещены в бак, залитый маслом, которое используется как для изоляции обмоток, так и для их охлаждения. При возникновении внутри бака электрической дуги КЗ, а также при перегреве обмоток масло разлагается, что сопровождается выделением газа. Это явление и используется для создания газовой защиты. Газовая защита трансформатора выполняется двухступенчатой: - первая ступень ГЗ срабатывает при незначительном выделении газа или понижении уровня масла в газовом реле, и с выдержкой времени действует на сигнал; - вторая ступень ГЗ срабатывает при значительном выделении газа, понижении уровня масла в газовом реле, или при интенсивном движении потока масла из бака трансформатора в расширитель, и действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Защита выполняется с помощью газового реле, установленного в трубе, соединяющей бак трансформатора с расширителем. Газовое реле РГЧЗ–66 состоит из кожуха и двух расположенных внутри него чашеобразных поплавков, которые замыкаются при изменении их положения. Оба поплавка шарнирно укреплены на вертикальной стойке. Один из них расположен в верхней части, а второй - в центральной. При слабом газообразовании (газ скапливается в верхней части кожуха реле), а также при понижении уровня масла верхний поплавок опускается, что приводит к замыканию его контактов. При бурном газообразовании потоки масла устремляются в расширитель, что приводит к замыканию контактов обоих поплавков. Контакты верхнего поплавка называются сигнальными, а нижнего - основных контактов газового реле. Движение масла через газовое реле, вызванное КЗ внутри бака трансформатора, обычно является толчкообразным: поэтому замыкание основных контактов может быть ненадежным (перемежающимся), что учитывается, при выполнении схемы газовой защиты трансформатора. Поскольку газовая защита может сработать ложно, например, вследствие выхода воздуха из бака трансформатора после доливки свежего масла, в схеме защиты предусмотрены переключающее устройство ПУ и резистор R, с помощью которых действие газовой защиты может быть переведено на сигнал. Достоинствами газовой защиты являются простота выполнения, срабатывание при всех видах повреждения внутри бака трансформатора, высокая чувствительность; сравнительно небольшое время срабатывания. Однако газовая защита, естественно, не срабатывает при повреждениях вне бака трансформатора. Поэтому она не может быть единственной основной защитой трансформатора.
6. Защита блока «линия-трансформатор КТП»
Защита блока «линия-трансформатор» ставится, если в цеховой КТП нет вакуумного выключателя на стороне ВН, а используется, например, выключатель нагрузки. Это наиболее частый вариант. Поэтому в курсовом проекте такую защиту надо рассмотреть в первую очередь. Она ставится на ГПП и одновременно защищает питающую линию от ГПП до цеха и цеховые трансформаторы. Комплект защит включает в себя: - токовую отчетку без выдержки времени; - МТЗ; - защиту питающей линии от однофазных замыканий; - защиту трансформатора от однофазных замыканий на стороне 0,4 кВ; - защиту трансформатора от перегрузки;
6.1 Токовая отсечка без выдержки времени
Ток срабатывания защиты где
При таком расчете тока срабатывания токовая отсечка защищает всю питающую линию от ГПП до цеха, ввод ВН цехового трансформатора и его первичную обмотку. Назначение токовой отсечки без выдержки времени – быстрое отключение наиболее тяжелых КЗ в начале линии или на вводе трансформатора.
6.2 Максимальная токовая защита.
Ток срабатывания защиты МТЗ [1]:
где Для двухтрансформаторной подстанции Выдержка времени выбирается на ступень селективности больше выдержки времени предыдущей защиты
где Для МТЗ рассчитываются два коэффициента чувствительности: основной и резервный. Основной
где Резервный
где
При недостаточной чувствительности защиты следует установить на линии МТЗ с комбинированным пуском по напряжению.
6.3 Защита питающей линии от однофазных замыканий на землю.
Сети 6-10 кВ – это сети с изолированной нейтралью. В них наибольшее распространение получила фильтровая защита от однофазных замыканий на землю. При выполнении защиты используется схема соединения трансформаторов тока в фильтр тока нулевой последовательности или кабельные трансформаторы тока нулевой последовательности. Для фильтра тока нулевой последовательности используется схема соединения ТА на сумму токов трех фаз [1]. Защита как правило выполняется на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается из расчёта отстройки от максимально возможных ёмкостных токов, протекающих по линии при однофазных замыканиях на других присоединениях сети данного напряжения. Защита не должна срабатывать при повреждениях на других присоединениях сети. Ток срабатывания защиты рассчитывается по формуле
где
где На практике этот ток рассчитывается по эмпирическим формулам. Для кабельных линий используется формула
для воздушных линий
где
Чувствительность защиты характеризуется коэффициентом чувствительности:
где Если длина всех электрически связанных линий неизвестна, то на линии ставится неселективная сигнализация от замыканий на землю.
6.4 Защита трансформатора КТП от однофазных замыканий на землю на стороне 0,4 кВ.
Защита от однофазных замыканий цеховых трансформаторов 10/0,4 кВ основана на снятии сигнала с трансформатора тока, включенного в нейтраль трансформатора. Ток срабатывания защиты:
где 1,4 – коэффициент перегрузки. Выдержка времени защиты согласуется с временем действия защит на отходящих линиях.
где
6.5. Защита трансформатора КТП от перегрузки.
Защита на двухобмоточных трансформаторах устанавливается со стороны питания и действует с выдержкой времени на сигнал. Ток срабатывания защиты определяется по формуле:
где Выдержка времени принимается на ступень селективности больше, чем время срабатывания МТЗ.
где
7. Защита воздушных и кабельных линий от ГПП до цеховой КТП.
Отдельно защита питающей линии от ГПП до цеха ставится, если в цеховой КТП на стороне ВН есть вакуумный выключатель. Для защиты воздушных и кабельных линий используются токовая отсечка без выдержки времени и МТЗ.
7.1 Первая ступень - токовая отсечка без выдержки времени.
Ток срабатывания защиты где
Назначение токовой отсечки без выдержки времени – быстрое отключение наиболее тяжелых КЗ в начале линии или на вводе трансформатора.
7.2 Третья ступень - максимальная токовая защита.
Ток срабатывания защиты третьей ступени [1]:
где Выдержка времени выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ, установленной на цеховом трансформаторе
Для МТЗ рассчитываются два коэффициента чувствительности: основной и резервный.
где
где При недостаточной чувствительности защиты следует установить на линии МТЗ с комбинированным пуском по напряжению, которая описана в п. 5.2.
7.3 Защита от однофазных замыканий на землю
Расчет защиты приведен в пункте 6.3.
8. Защита трансформаторов цеховой КТП.
Отдельная защита на цеховых трансформаторах рассчитывается только в том случае, если на стороне высокого напряжения в цеховой КТП стоит вакуумный выключатель. Если его нет, то на ГПП устанавливается защита блока «линия-трансформатор» (см п. 7). На трансформаторах малой и средней мощности, которые обычно устанавливаются в цеховых КТП, применяется двухступенчатая защита, состоящая из токовой отсечки без выдержки времени и МТЗ.
8.1 Токовая отсечка без выдержки времени
Расчет защиты приведен в пункте 6.1.
8.2 Максимальная токовая защита.
Расчет защиты приведен в пункте 6.2.
8.3 Защита трансформатора КТП от однофазных замыканий на землю на стороне 0,4 кВ.
Расчет защиты приведен в пункте 6.4.
8.4. Защита трансформатора КТП от перегрузки.
Расчет защиты приведен в пункте 6.5.
9. Защита оборудования 0,4 кВ
Прежде всего, рассматриваются мощные асинхронные и синхронные двигатели, батареи статических конденсаторов, кремниево-выпрямительные агрегаты, для защиты которых предусматривается релейная защита. В случае отсутствия в схеме электроснабжения такого оборудования рассматривается защита типового оборудования 0,4 кВ с помощью автоматических выключателей, предохранителей, магнитных пускателей.
10. Автоматика СЭС
В разделе должна быть рассчитана и установлена в схеме электроснабжения предприятия как минимум одна схема автоматики, используемой в СЭС: АВР, АПВ, АЧР, АРПН, схема регулирования реактивной мощности батареи статических конденсаторов и т.д.
11. Оформление раздела
В пояснительную записку включаются необходимые расчеты, рисунки, графики, таблицы и схемы. Графическая часть включает в себя 1 плакат, выполняемый на стандартном листе формата А1 и со
|
|||||||
|