Расчет релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ

Расчет релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ

1. Задание на курсовую работу:

Для заданного участка сети выбрать типы релейной защиты линий и трансформаторов с напряжением 6-10-35 кВ согласно требованиям ПУЭ, выбрать уставки этих защит, составить трёхлинейную схему защиты трансформатора, на схеме участка сети указать типы принятых защит и их уставки, а также трансформаторы тока и напряжения.

Произвести расчет токов при трехфазных коротких замыканиях, выбрать необходимые трансформаторы тока и напряжения, выбрать типы устройств защиты и обосновать их чувствительность, а в трехлинейной схеме защиты, выбрать типы реле и указать на схеме спецификацию требующейся аппаратуры.

Исходные данные:

1. Мощность трёхфазного КЗ на шинах питающей подстанции : ;

. Напряжение оперативного тока на подстанции: 1. 220В -

. 220В ~

. 220В ~

. 220В ~

. Типы выключателей на напряжении 37 кВ: МКП - 35;

. Номер подстанции для которой требуется составить трёхлинейную схему защиты трансформаторов: 3;

. Длина линий:

1.     
Расчет номинальных и рабочих максимальных токов

. Расчет токов короткого замыкания

Выбор базисных значений.

SБ = SКЗ = 580 МВ*А

UБ = 37 кВ

IБ = SБ /(* UБ) = 580000(1,73*37) = 9050,35А

XС = SБ/ SКЗ = 1

XW1 = XУД * LW1 * SБ/U2 = 0,4*7*580000/372 = 1,18 о.е.

XW2 = XУД * LW2 * SБ/U2 = 0,4*5*580000/372 = 0,85 о.е.

XW3 = XУД * LW3 * SБ/U2 = 0,4*4*580000/372 = 0,68 о.е.

XW4 = XУД * LW4 * SБ/U2 = 0,4*3*580000/10,52 = 6,31 о.е.

Выберем типы трансформаторов по (7) тал.2, с.154:

Для Т1 - ТМН - 6300/35У1 UКЗ = 7,5%

Для Т2 - ТМН - 10000/35-74У1 UКЗ = 8%

Для Т3 - ТМН - 4000/35У1 UКЗ = 7,5%

XТ1 = (SБ * UКЗ)/( SТ * 100) = (580*7,5)/(6,3*100) = 6,9 о.е.

XТ2 = (SБ * UКЗ)/( SТ * 100) = (580*8)/(10*100) = 4,64 о.е.

XТ3 = (SБ * UКЗ)/( SТ * 100) = (580*7,5)/(4*100) = 10,87 о.е.

Рассчитаем токи КЗ:

релейная защита трансформатор

1.      I (3)КЗmin К1 = IБ / (ХС + ХW1) = 9050,35/(1+1,18) = 4151,54А

2.      I (3)КЗmin К2 = IБ / (ХС + ХW2) = 9050,35/(1+0,85) = 4892,08А

3.      I (3)КЗmin К3 = IБ / (ХС+ХW1+ХW3+ХТ3) = 9050,35/(1+1,18+10,87+0,68) = 659,17А

4.      I (3)КЗmin К4 = IБ / (ХС + ХТ1 +ХW1) = 9050,35/(1+1,18+6,9) = 996,73А

5.      I (3)КЗmin К5 = IБ / (ХС + ХТ2+ХW2) = 9050,35/(1+0,85+4,64) = 1394,5А

6.      I (3)КЗmin К4 (Q11 влючен) = IБ / (ХС + ХW4 +ХТ2 +ХW2) = 9050,35/(1+0,85+4,64+6,31) = 707,06А

7.      I (3)КЗmin К5 (Q11 влючен) = IБ / (ХС + ХW4 +ХТ1+ХW1) = 9050,35/(1+1,18+6,9+6,31) = 752,6А

Рассчитаем токи двухфазного КЗ:

. Точка К1

I(2)КЗК1 = *I(3)КЗК1 = 1,73*4151,54 = 3595,34 А

2.      Точка К2

I(2)КЗК2 = *I(3)КЗК2 = 1,73*4892,08 = 4236,66 А

3.      Точка К3

I(2)КЗК3 = *I(3)КЗК3 = 1,73*689,17 = 570,85 А

4.      Точка К4

I(2)КЗК4 = *I(3)КЗК4 = 1,73*996,73 = 863,19 А

5.      Точка К5

I(2)КЗК5 = *I(3)КЗК5 = 1,73*1394,5 = 1207,67 А

6.      Точка К4 (Q11 включен)

I(2)КЗК4’ = *I(3)КЗК4’ = 1,73*707,06 = 635,33 А

7.      Точка К5 (Q11 включен)

I(2)КЗК5’ = *I(3)КЗК5’ = 1,73*588,07 = 651,28 А

. Расчет защит

Для линий электропередач 35кВ и выше с целью повышения надежности отключения повреждения в начале линий может быть предусмотрена в качестве дополнительной защиты токовая отсечка без выдержки времени. Для токовой отсечки без выдержки времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функцию дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при К.З. в месте установки защиты в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.

Для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более от повреждений на выводах, а так же от внутренних повреждений применяют дифференциальную токовую защиту без выдержки времени. А так же должна предусматриваться газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла.

Для трансформаторов мощностью менее 6,3 МВА применяют максимальную токовую защиту, токовую отсечку и газовую защиту. В зону действия токовой отсечки входит обмотка высшего напряжения. Газовая защита ставится для защиты от межвитковых замыканий. Максимальная токовая защита действует до нижней шины.

. Линия W1, выключатель Q1:

.1. Расчет МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

где kн - коэффициент надежности;

kв - коэффициент возврата.

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К1:

В связи с большой чувствительностью защиты, реле тока может сгореть. Тогда принимаем kчк1 = 3, следовательно

в) ток срабатывания реле:

.2 Расчет токовой отсечки:

.3 Время срабатывания защиты:

tQ1=tQ4+Δt т.к. tQ4> tQ3 tQ1=1,3+0,5=1,8 с.

2. Линия W2, выключатель Q2:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К2:

в) ток срабатывания реле:

.2 Расчет токовой отсечки:

.3 Время срабатывания защиты:

tQ2=tQ5+Δt т.к. tQ5> tQ6 tQ2=1,5+0,5=2 с.

3. Линия W3, выключатель Q3:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К3:

в) ток срабатывания реле:

.2 Расчет токовой отсечки:

.3 Время срабатывания защиты:

tQ3=tQ14+Δt =0,6+0,5=1,1 с.

4. Трансформатор Т1, выключатель Q4:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К4:

в) ток срабатывания реле:

.2 Время срабатывания защиты:

tQ4=tQ9+Δt =0,8+0,5=1,3 с.

5. Трансформатор Т2, выключатель Q5:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К5:

в) ток срабатывания реле:

.2 Время срабатывания защиты:

tQ5=tQ12+Δt =1+0,5=1,5 с.

6. Линия W4, выключатель Q10:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К5:

в) ток срабатывания реле:

6.2 Время срабатывания защиты:

tQ10=tQ9+Δt =0,8+0,5=1,3 с.

7. Линия W4, выключатель Q11:

.1 МТЗ:

а)      ток срабатывания защиты:

б) коэффициент чувствительности защиты при КЗ в точке К4:

в) ток срабатывания реле:

.2 Время срабатывания защиты:

tQ11=tQ12+Δt =1+0,5=1,5 с.

4. Расчет дифференциальной защиты трансформаторов:

Расчет ДЗ трансформатора Т1:

Проверим возможность применения защиты с реле РНТ-565 по предварительно определяемой чувствительности защиты. Расчетным является КЗ между фазами в точке К5 при минимальном режиме системы.

Ток срабатывания реле, приведенный к вторичным цепям трансформаторов тока на стороне 37 кВ:

Коэффициент чувствительности защиты

Кч = Iр/Iс.р. = 74,84/22,45 = 3,3>2

Следовательно, реле РНТ-565 обеспечивает требуемую чувствительность.

Определим число витков обмотки насыщающегося трансформатора для обеих сторон трансформатора. Исходным служит значение тока срабатывания защиты. Определим значение первичного тока небаланса Iнб, обусловленного выравнивания вторичных токов, и уточним значение первичного тока срабатывания защиты и вторичного тока срабатывания реле. Данные вычислений сводим в таблицу 1.

Таблица 1

Ток срабатывания на стороне 37 кВ            259,2*1,73/(100/5)=

Уточненное значение тока срабатывания реле на стороне 37 кВ     (1,73*418,4)/(100/5)

=36,23А(423,3*1,73)/

5. Расчет дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Т2 с реле типа РНТ-565

Определим первичные и вторичные токи на сторонах высшего и низшего напряжений трансформатора, выберем коэффициенты трансформации тока и сведем все в таблицу 2.

Таблица 2

Определяем первичный расчетный ток небаланса без учета составляющей I:

Iнб.расч.= I’ нб.расч+ I’’ нб.расч=kопер.*kодн.*f*Iкзmax+ΔUа*Iкзк5max=0,2*1394,5=278,9А

Определяем предварительно расчетный ток срабатывания защиты:

а) по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем КЗ (в К4)

I’ с.з.= kН1* Iнб.расч=1,3*278,9=362,57 А

б) по условию отстройки от бросков тока намагничивания

I’’ с.з= kН1* Iном=1,3*165,2=214,76 А

Примем за расчетную большую величину I с.з=362,57 А

Проверим возможность применение защиты с реле РНТ-565 по предварительно определяемой чувствительности защиты. Расчетным является КЗ между фазами в точке К5 при минимальном режиме системы.

Ток срабатывания реле, приведенный к вторичным цепям трансформаторов тока на стороне 37 кВ:

Ток в реле дифференциальной защиты при КЗ между фазами В и С в точке К4

Коэффициент чувствительности защиты

Кч=Iр/Iс.р.=34,68/10,45=3,31>2

Следовательно, реле РНТ-565 обеспечивает требуемую чувствительность.

Определим число витков обмотки насыщающегося трансформатора для обеих сторон трансформатора. Исходным служит значение тока срабатывания защиты. Определим значение первичного тока небаланса Iнб, обусловленного выравнивания вторичных токов, и уточним значение первичного тока срабатывания защиты и вторичного тока срабатывания реле. Данные вычислений сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Ток срабатывания на стороне 37 кВ            362,57*1,73/(300/5)=

Уточненное значение тока срабатывания реле на стороне 37 кВ     (1,73*545)/60

=15,7А(648,73*1,73)/

Определяем чувствительность защиты при уточненном значении тока срабатывания реле

Кч=34,68/9=3,85>2

Таким образом, защита трансформатора с помощью реле РНТ-565 удовлетворяет требуемым условиям.

Список литературы

1.Джаншиев СИ. Релейная защита и автоматизация. - С.-Пб.: СЗПИ, 2000.

.Кривенко В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат ,1981.

3.  Чернобровов. Н.В. Релейная защита М. Энергия, 1971.

4.  Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций

и электрических сетей . Часть 1. Электромеханические реле. М. Издательство НЦЭНАС.

5. Неклепаев.Б.Н., Крючков.И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций . Справочный материал для курсового и дипломного
проектирования. М. Энергоатомиздат. 1989.