Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения

Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения

Задание

Рассчитать уставки устройств релейной защиты и автоматики (РЗ и А) системы электроснабжения принципиальная схема, которой представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема системы электроснабжения

Разработать защиту от всех видов повреждения для трансформаторов Т1 и Т2 и защиту линий W1 и W2. Работу выполнить в следующем объеме:

1. Рассчитать токи короткого замыкания (ТКЗ) в объеме, необходимом для выбора установок и проверки чувствительности.

2. Выбрать места установки и типы релейной зашиты (РЗ).

3. Выбрать трансформаторы тока и трансформаторы напряжения.

4. Рассчитать уставки защит, выбрать типы реле, проверить чувствительность защит.

5. Выбрать плавкие вставки для предохранителей и уставки автоматов.

6. Определить выдержки времени защит от двигателя до шин главной

понизительной подстанции (ГПП).

7. Составить принципиальные схемы выбранных защит.

8. Определить селективность действия защит.

9. Защиту линии и трансформаторов выполнить на переменном оперативном токе.

Разработать РЗ двигателей, данные которых приведены в табл. 1.

1. Рассчитать токи КЗ.

2. Выбрать трансформаторы тока.

3. Выбрать тип защиты и тип реле, определить уставки и чувствительность защиты.

4. Составить и вычертить принципиальную схему РЗ.

Разработать схему автоматического включения резерва (АВР) секционных выключателей.

Таблица 1. Параметры двигателей

Таблица 2. Параметры синхронных генераторов

Таблица 3. Параметры трансформаторов

Таблица 4. Параметры системы и линий

Таблица 5. Параметры дуговых сталеплавильных печей и конденсаторных установок

Введение

Целью данного курсового проекта является расчет устройств РЗ и А системы электроснабжения. При работе элементов систем электроснабжения возможно возникновение ненормальных и аварийных режимов. К ним относятся короткие замыкания, перегрузки, понижение уровня напряжения, частоты и другие.

Повреждения и ненормальные режимы должны быть устранены, и это является основным назначением устройств релейной защиты и системной автоматики.

К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования: селективность, необходимое быстродействие, чувствительность и надежность. Перечисленные требования удовлетворяются правильным выбором устройств релейной защиты, схем соединения устройств РЗ, расчётом установок срабатывания.

1. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания проводим в относительных единицах. Все полученные величины приведены к базовым условиям. Базовую мощность принимаем равной:  = 1000 МВА.

Схема замещения приведена на рисунке 1.1:

Рис. 1.1. Схема замещения

Определим сопротивления схемы замещения:

Сопротивление системы согласно [l.стр. 131]:

,                                                                                   (1.1)

где SK3 - мощность короткого замыкания системы.

.

Определим параметры линий 110 кВ (нагрузкой являются трансформаторы Т1 и Т2) с учетом допустимой перегрузки трансформатора согласно [1,стр.213):

,                                                                              (1.2)

где  - номинальная мощность трансформатора, кВА,  - номинальное напряжение трансформатора кВ.

 А

Выбор сечения проводов проводим по экономической плотности тока [1, стр.232].

                                                                                     (1.3)

где  - экономическая плотность тока, при  ч для сталеалюминиевых проводов, = 1 [3, стр.266]; I, A –ток на участке сети.

Принимаем провод АС-70/11 сечением 70 ; с удельными сопротивлениями:  Ом/км и реактивным сопротивлением  Ом/км. [3, стр.577].

Сопротивление ЛЭП согласно [1, стр.131]:

                                                                         (1.4)

где  - среднее значение напряжения на шинах в месте короткого замыкания,

l – длина ЛЭП.

Определяем параметры линий 35 кВ. Нагрузкой линии 35 кВ, при простое второй будут трансформаторы Т7, Т8, Т9 и Т10. Так как параметры трансформаторов Т7 и Т8 не даны, принимаем для расчета нагрузку этих трансформаторов – четыре синхронных двигателя:

                                                          (1.5)

где , ,  - параметры синхронного двигателя ( табл. 1 )

 А

Выбор сечения питающего кабеля проводим по экономической плотности тока.

При  ч для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией с алюминиевыми жилами = 1,4  [3, стр.266].

Принимаем 2 кабеля ААБ-35-(3×185) общим сечением 370 ; с удельными сопротивлениями  Ом/км и  Ом/км. [2, стр.421].

Сопротивление трансформаторов согласно [1, стр.131]:

                                                                    (1.6)

где  - номинальная мощность трансформатора;  - напряжение короткого замыкания;

Для трансформатора мощностью 10МВА соотношение x/r составляет порядка 10.

Исходя из этого, принимаем:

для трансформатора блока 2 МВт принимаем [1, стр.613]

Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.

Исходя из этого, принимаем:

Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.

Исходя из этого, принимаем:

Сопротивление генераторов согласно [1, стр.131]:

                                                                           (1.7)

для генератора мощностью 2 МВА соотношение x/r составляет порядка 15. Исходя из этого, принимаем:

Расчет токов КЗ для точки К1

Упростив схему замещения относительно точки К1 получаем схему, представленную на рис 1.2.

Рис. 1.2. Упрощенная схема замещения

Базовый ток согласно [1, стр.142]:

                                                                         (1.8)

где  - среднее значение напряжения в месте короткого замыкания (115 кВ).

 кА .

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.137]:

                                                                                 (1.9)

где  - ЭДС источника в относительных единицах [1, стр.130].

Значение периодической составляющей тока короткого замыкания по ветвям:

Ветвь энергосистемы ( сопротивление ветви составляет 1,76 отн. ед.):

 кА

Ветвь генератора G2 ( сопротивление ветви составляет 41,89 отн. ед.):

 кА

Общий ток:

 кА

Определим величину ударного тока [1, стр.148]:

                                                                       (1.10)

где  - ударный коэффициент:

                                                                (1.11)

где:  - угол между векторами тока и напряжения в момент короткого замыкания;

                                                                             (1.12)

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания;

                                                                     (1.13)

 - угловая частота;

                                                                                   (1.14)

Ветвь энергосистемы:

 кА

Ветвь генератора G2:

 кА.

Суммарный ударный ток короткого замыкания в точке К1:

  кА .

Определим величину апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Согласно [1, стр.151]:

                                                                     (1.15)

                                                                                (1.16)

 - время действия релейной защиты ( принимаем  = 0,01 с );

 - собственное время отключения выключателя.

При установке выключателя ВВБК-110Б-50, собственное время отключения выключателя составит = 0,045 с [1, стр.630]:

Тогда t= 0,01+0,045 = 0,055 с .

Ветвь энергосистемы:

Ветвь генератора G2:

 кА

Суммарная апериодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с:

кА .

Определим величину периодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени t = 0,055 с .

Периодическая составляющая тока короткого замыкания от энергосистемы в любой момент времени неизменна:

 кА .

Ветвь генератора G2:

Так как генератор значительно удален от точки короткого замыкания ( за двумя ступенями трансформации), принимаем:

 кА .

Общая величина периодической составляющей тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с составит:

 кА .

Расчет несимметричных токов короткого замыкания

Для упрощения расчетов принимаем величины сопротивления обратной последовательности всех элементов схемы, (включая синхронные генераторы) равными величинам сопротивлений прямой последовательности:

                                                                                    (1.17)

Схема замещения нулевой последовательности представлена на рисунке 2.1:

Рис. 2.1. Схема замещения нулевой последовательности.

Согласно [1, стр.160]: справедливо соотношение  для одноцепных ЛЭП со стальным тросом, заземлённым с одной стороны. Тогда:

                                                                               (1.18)

Величины сопротивлений нулевой последовательности остальных элементов схемы, равны величинам соответствующих сопротивлений прямой последовательности [1, стр.160].

Двухфазное короткое замыкание.

                                                                    (1.19)

Значение периодической составляющей тока короткого замыкания по ветвям:

Ветвь энергосистемы ( = 1,76 отн. ед. ):

 кА

Ветвь генератора G2 ( = 41,89 отн. ед. ):

 кА

Общий ток:

 кА

Определим величину ударного тока:

Ветвь энергосистемы:

 кА

Ветвь генератора:

 кА .

Суммарный ударный ток короткого замыкания в точке К1:

 кА .

Определим величину апериодической составляющей тока короткого замыкания:

Ветвь энергосистемы:

Ветвь генератора G2:

 кА

Суммарная апериодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 c :

 кА .

Величину периодической составляющей тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с считаем неизменной:

 кА .

Двухфазное короткое замыкание на землю.

Преобразуем схему замещения нулевой последовательности относительно точки К1.

 отн. ед.

Результирующее сопротивление согласно [1, стр.168]:

                                                        (1.20)

 отн. ед.

 отн. ед.

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.168]:

    (1.21)

 кА

Определим величину ударного тока:

 кА

Величина апериодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени: t = 0,055 с.

Величина периодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени: t =0,055 с.

 кА .

Однофазное короткое замыкание на землю.

Результирующее сопротивление согласно [1, стр.168]:

                                                            (1.22)

 отн. ед.

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.168]:

                                                                         (1.23)

 кА

Определим величину ударного тока:

 кА

Расчеты токов КЗ для других точек аналогичны расчётам для точки К1. Результаты расчётов приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Сводная таблица результатов расчёта токов короткого замыкания

2. Выбор тока плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного электродвигателя

При выборе предохранителей для защиты асинхронных двигателей руководствуемся рекомендациями, изложенными в [4, стр.98-стр.116].

Условия выбора предохранителя:

                                                      (2.2)

где  - номинальный ток плавкой вставки, А;  - номинальный ток двигателя, А;  - коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя;  = 1,6 ÷ 2,0 при тяжелом пуске;  = 2,5 при легком пуске;  - пусковой ток двигателя, А.

                                                                         (2.3)

                                                      (2.4)

где  - кратность пускового двигателя ( 5÷7 );  - номинальные величины мощности, напряжения, коэффициента мощности и КПД двигателя.

Для двигателя М1:

 А

 А

 А

Принимаем к установке предохранитель типа: НПН2;  = 63 А;  = 25 А; [2, стр.371].

Для остальных двигателей расчеты аналогичны. Результаты расчетов приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Результаты выбора предохранителей

Предохранитель FU3, от которого запитана группа электродвигателей, выбирается согласно следующих условий:

,                                                                          (2.5)

,                                                  (2.6)

где  и  -пусковой и номинальный ток максимального по мощности двигателя, питающегося от выбираемого предохранителя, А;  - коэффициент спроса для этого двигателя (так как не дано иное, принимаем =1);  - расчетный ток двигателей, питающихся от выбираемого предохранителя, А.

                                                                      (2.7)

 А

 А .

Принимаем к установке предохранитель типа ПН2; = 400 А;  = 355 А; [2, стр.371].

Для обеспечения селективности действия защиты для предохранителя FU2 принимаем плавкую вставку с номинальным током: = 630 А.

Предохранитель типа: ПН2;  = 630 А; = 630 А; [2, стр.371].

3. Выбор установок автоматов

При выборе автоматов для защиты асинхронных двигателей руководствуемся рекомендациями, изложенными в [4, стр.98-стр.116].

Страницы: 1, 2, 3