Расчёт релейной защиты участка электрической сети

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«ВОЛОГОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ВоГТУ)

 

 

 

Кафедра: Электрооборудование

Дисциплина: Релейная защита и автоматика

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 «Расчёт релейной защиты участка электрической сети»

 

 

 

 

 

                                                                             Выполнил студент

____________________

                                                                                        Шифр________________

                                                                                        Вариант_____

                                                                            Проверил_______________

 

 

 

 

2011

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами кибернетического типа, все элементы которых участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому надёжное и экономичное функционирование СЭС возможно только при автоматическом управлении ими. Для этой цели используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики. Рост потребления электроэнергии и усложнение СЭС требуют постоянного совершенствования этих устройств. Наблюдается тенденция создания автоматизированных систем управления на основе использования цифровых универсальных и специализированных вычислительных машин. Вместе с тем широко применяются и простейшие средства защиты и автоматики: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные пускатели, реле прямого действия, магнитные ТТ,  устройства переменного оперативного тока и др. Наиболее распространены токовые защиты, простые устройства автоматического повторного включения (АПВ), автоматического включения резервного источника питания (АВР) и автоматической частотной разгрузки (АЧР), используемые в установках с выключателями, оборудованными грузовыми и пружинными приводами.

В энергетических системах могут возникать повреждения, которые нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, и ненормальные режимы, создающие возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы. В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, защищающих систему и её элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надёжная работа современных энергетических систем.

Релейная защита элементов распределительных сетей должна отвечать общеизвестным требованиям, предъявляемым ко всем устройствам релейной защиты: селективности, быстродействия, чувствительности, надёжности. Во всех устройствах релейной защиты предусмотрена возможность плавного или ступенчатого изменения параметров срабатывания (уставок) в определённых пределах. Расчёт релейной защиты заключается в выборе рабочих уставок, отвечающих основным требованиям.

 

ЗАДАНИЕ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Расчетная схема участка сети приведена на Рис.1. головные линии W1,W4 с односторонним питанием подключены к шинам питающей сети 37кВ через подстанцию 1. Линия W1 имеет два присоединения: однотрансформаторную подстанцию T1, а также   одиночную линию W2. Линии W2 и W4 подводят питание к подстанции 2, к которой присоединены однотрансформаторные подстанции T2 и T3, питающие одиночные электроприемники и подстанцию 3. К T3 питание передаётся по линии W3.

Однотранформаторная подстанция T1 отдает энергию подстанции 4, к которой присоединены одиночные электроприемники, а также магистральная линия W5. От магистральной линии W5 питаются три одиночных трансформатора Т4, Т5, Т6, защищаемых предохранителями. С низшей стороны могут быть установлены автоматические выключатели, если чувствительность предохранителей при междуфазных и однофазных КЗ за трансформаторами будет недостаточной. Кроме того в нейтрали трансформаторов со стороны 0.4 кВ может быть установлена специальная защита нулевой последовательности от однофазных КЗ.

Задана мощность трехфазного КЗ на шинах подстанции 1: 480 МВА. Тип выключателей на напряжение 37 кВ известен  –  С-35, на напряжение 10 кВ –  ВМПЭ-10. Напряжение оперативного тока в различных узлах расчетной схемы следующее: на подстанции 1 – постоянное, а на остальных подстанциях – переменное.

Параметры трансформаторов, линий и нагрузок сведены в таблицы. 

Таблица 1

Мощность трансформатора

 

Расчётный параметр	Значение параметра
	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	Т6
Мощность трансформатора, МВ∙А	10	10	2,5	0,63	0,25	0,4

 

Таблица 2

Длина линий

 

Расчётный параметр	Значение параметра
Длина лини электропередач, км	W1	W2	W3	W4	W5	W6	W7
	3	2	4	3	4	3	7

 

Таблица 3

Параметры нагрузки

 

Расчётный параметр	Значение параметра
	Н1	Н2	Н3	Н4	Н5
Мощность S, МВ∙А	3,2	2,4	3	2,8	1,6
Коэффициент самозапуска  kсзп	2	2,2	2,3	2,1	2,3
Выдержка времени t, c	0,9	0,7	0,8	0,6	0,9

 

 

 

 

 

 

Рис.1 Расчётная схема участка сети

 

 

 

 

1. Обоснование типа защит

 

 

Согласно ПУЭ,  в качестве защиты от токов, обусловленных КЗ за трансформаторами (Т4, Т5, Т6), могут использоваться предохранители, если их мощность не превышает 1МВА.

Для одиночно работающих трансформаторов Т1,Т2 мощностью 16 МВА устанавливаются следующие типы защит:

• от многофазных КЗ в обмотках и на выводах – реле с торможением серии ДЗТ;
• для защиты от токов, протекающих через трансформатор при КЗ на шинах НН (внешнее КЗ), используют МТЗ с минимальной выдержкой времени;
• для защиты от перегрузки на всех трансформаторах устанавливается МТЗ;
• от понижения уровня масла и от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделениями газа, предусматривается газовая защита.

Для защиты линии W1 , согласно ПУЭ, устанавливаем ступенчатые токовые защиты: токовую отсечку и МТЗ, на остальных – селективную отсечку мгновенного действия и МТЗ.

 

• Расчет параметров схемы замещения и токов короткого замыкания

 

 

Схема замещения приведена на Рис. 2. Все сопротивления приведены к низшей стороне трансформаторов Т1 и Т2. Расчет выполнен в именованных единицах.

 

 

Рис.2 Схема замещения участка сети

 

1. Расчет удельных и полных сопротивлений линий

 

 

 Удельное индуктивное сопротивление линии определяется по (1.1):

 

, (1.1)

где - среднее геометрическое расстояние между проводами, мм ([2], с.265,  табл.6.29)( мм; мм);

- радиус провода, мм.

Для определения радиуса провода необходимо рассчитать длительно допустимый рабочий ток в проводе, для которого затем следует подобрать сечение.

,

 

где     - поток мощности в линии, МВ·А;

- номинальное напряжение линии, кВ.

 

,

 

Коэффициент 1,05 учитывает потери в линии при протекании мощности нагрузки .

Расчет сечения по экономической плотности тока, как рекомендует ПУЭ, в действительности не определяет экономически целесообразного сечения. Дело в том, что при этом не учитываются стоимость электроэнергии, капитальные затраты на сооружение линии и приближенно учитывается число часов работы линии в году. Однако с целью упрощения расчетов допускается в релейной защите сечение проводов рассчитывать по экономической плотности тока.

 

,

 

где  - экономическая плотность тока, А/мм2 ([2], с.265, табл.6.31)

( А/мм2; А/мм2).

Сечения, получаемые в результате расчёта, округляются до ближайшего большего значения.

Удельное активное сопротивление линии:

 

,

 

где - удельное сопротивление, Ом·мм2/км ( для проводов марки АС =28,9);

       - сечение провода.

Или же берётся из справочника.

Индуктивное сопротивление линии:

 

,

 

где - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

       - длина линии, км.

 

Активное сопротивление линии:

 

,

 

где - удельное активное сопротивление линии, Ом/км;

       - длина линии, км.

Все сопротивления линии необходимо привести к стороне 10,5 кВ. С учётом этого:

 

,

 

,

 

где - сопротивления линии, приведённые к стороне 10,5 кВ;

       - базовое напряжение линии;

       - среднее напряжение в месте установки линии.

Расчёт проведём для линии W1.

 

 А,

 

 мм2 ,

Выбираем ближайшее большее стандартное сечение мм2 , находим радиус провода мм; мм.

 

 Ом/км,

 

 Ом/км,

 

 Ом,

 

 Ом,

 

С учетом того, что провода фаз расщеплены, получаем:

 

 Ом,

 

 Ом,

 

 Ом,

 

 Ом.

 

 Результаты расчётов сводим в таблицу 1

 

Таблица 1

 

Исходные и расчетные параметры линий

 

Обозначение параметра	Значение параметра для линии
	W1	W2	W3	W4	W5	W6	W7
, А	389,7	216,5	43,3	389,7	77,6	39,4	24,3
, мм2	324,8	180,4	36,08	324,8	59,7	30,3	18,7
, мм2	2*150	185	35	2*150	70	35	25
,мм	8,4	9,45	4,2	8,4	5,7	4,2	3,45
, Ом/км	0,195	0,159	0,773	0,195	0,42	0,773	1,146
, Ом/км	0,394	0,387	0,438	0,394	0,346	0,365	0,377
, Ом	0,293	0,318	3,1	0,293	1,68	2,32	8,02
, Ом	0,591	0,774	1,75	0,591	1,38	1,1	2,64
, Ом	0,024	0,026	0,25	0,024	0,135	0,187	0,646
, Ом	0,047	0,062	0,14	0,047	0,11	0,089	0,21
, км	3	2	4	3	4	3	7