Курсовая работа: Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

Министерство Образования РФ

Восточно-Сибирский Государственный Технологический Университет

Кафедра ЭСПП и Сх

Курсовая работа

«Релейная защита и автоматики систем электроснабжения»

Выполнил:

Данеев В.В.

Улан-Удэ 2019 г.

Введение

Развитие электрических сетей и систем выдвигает как одну из важнейших задач разработку и внедрение различных средств автоматизации. Одним из главнейших видов автоматизации, обеспечивающей надежную работу электрических сетей, является релейная защита.

Релейная защита осуществляет автоматическую ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части энергосистем, и является важнейшей автоматикой, обеспечивающей их надежную и устойчивую работу.

В современных энергетических системах значение релейной защиты особенно возрастает в связи с бурным ростом мощностей энергосистем, объединением их в единые электрически связанные системы в пределах нескольких областей, всей страны, и даже нескольких государств.

Рост нагрузок, увеличение протяженности линий электропередачи, ужесточение требований к устойчивости энергосистем осложняют условия работы релейной защиты и повышают требования к ее быстродействию, чувствительности и надежности. В связи с этим идет непрерывный процесс развития и совершенствования техники релейной защиты, направленный на создание все более совершенных защит, отвечающих требованиям современной энергетики.

Задание

1. Составить схему замещения системы электроснабжения.

2. Определить токи КЗ в необходимых точках расчётной схемы.

3. Выбрать типы защит и устройств автоматики для элементов заданной системы электроснабжения.

4. Произвести расчёт уставок выбранных элементов. Проверить чувствительность защит.

5. Произвести согласование защит по селективности.

6. Защита трансформаторов и отходящих линий 10,5 кВ.

7. Защита высоковольтного двигателя.

8. Защита на секционном выключателе и трансформаторе на головной подстанции.

Вариант: 54

Исходные данные: Т1 S_ном=16 МВ*А; М1_{(асинх.)} АД

U_вн =115кВ; U_н=10кВ; U_Н = 0,4 кВ;

U_нн =10,5кВ; Р_н=1000кВт; P_Н.АД = 55 кВт;

Т2 S_ном=750кВ*А; К_п=6,6; К_П = 6,2;

Т3 S_ном=1000кВ*А; cos =0.89; cos ц = 0,94;

КПД=94%; з = 87%;

Дана типовая схема электроснабжения сети, включающая трансформатор Т1 ГПП мощностью S=16МВ*А, участок внутри сети с силовыми трансформаторами мощностью S=1000кВ*А, конденсаторная батарея, асинхронный двигатель подключенный к шинам низкого напряжения и обладающий наибольшей мощностью в сравнении с остальной нагрузкой секции 0.4кВ.

W1=4,3км, W2=2,9км W=51км

S_{к макс} = 750 кВА;

S_{к мин} = 700 кВА;

1. Определение токов короткого замыкания

Для определения значения периодической составляющей тока трёхфазного КЗ составляется схема замещения.

Рис. 1 Схема замещения.

На схеме замещения (рис.1) указываются расчётные точки КЗ, задаются порядковые номера отдельных элементов и находятся их сопротивления.

Определим сопротивление системы на шинах 115 кВ.

Ом.

где, U₁- напряжение ступени 115 кВ;

Определим ток линии 115 кВ

А

где, S_ном- номинальная мощность Т1 в МВ*А.

Выбираем проводник: АС-35 r₀=0,79; x₀=0,4

X1_W=x₀*L=0,4*51=20,40 Ом.

R1_W=r₀*L=0,79*51=40,29 Ом.

Определим сопротивление трансформатора Т1.

Ом

где, S_ном- номинальная мощность Т1 в МВ*А.

Определим сопротивление трансформатора Т2.

Ом

где S_ном- номинальная мощность Т2 в МВ*А.

Определим сопротивление трансформатора Т3.

Ом

где S_ном- номинальная мощность Т3 в МВ*А.

U_нн- напряжение ступени 10,5 кВ.

А.

Выбираем проводник: АС-35 r₀=0,79; x₀=0,4

X3_W1=x₀*L=0,4*4,3=1,72 Ом.

R3_W1=r₀*L=0,79*4,3=3,40 Ом.

Z3_W1=R3_W1+jX3_W1 =3,40+j1,72

Ом.

X5_W2=x₀*L=0,4*2,9=1,16 Ом.

R5_W2=r₀*L=0,79*2,9=2,29 Ом.

Z5_W2=R5_W2+jX5_W2 =2,29+j1,16

Ом.

где, x₀- реактивное сопротивление линии;

r₀- активное сопротивление линии;

L- длина линии.

Определяются токи трёхфазного КЗ:

(максимальном режиме S_макс=750кВ*А)

КЗ в точке К1:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К1

кА.

КЗ в точке К2:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К2

кА.

КЗ в точке К3:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К3

кА.

КЗ в точке К4:

Х_К4=Х_К3+Х₂=38,03+86,79=124,82 Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К4

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К5:

Х_К5=Х^/_К4+Х3_W1=1,04+1,72=2,76 Ом

Пересчитываем X^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

Пересчитываем R^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

R_К5=R^/_К4+R3_W2=0,34+3,40=3,74 Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К5

кА.

КЗ в точке К6:

Х_К6=Х_К5+Х₄=2,76+8,09=10,85 Ом

R_K6=R_K5=3,74 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К6

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К6 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К7

Х_К7=Х_К5+ Х5_W2=2,76+1,16=3,92 Ом

R_К7=R_К5+ R5_W2=3,74+2,29=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К7

кА.

КЗ в точке К8

Х_К8=Х_К7+Х₆=3,92+6,06=9,98 Ом

R_K8=R_K7=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К8

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К8 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

Результаты расчётов сведём в таблицу 1.

Таблица 1.

Определяются токи трёхфазного КЗ:

(минимальном режиме S_мин=700кВ*А)

КЗ в точке К1:

Ом; Ом.

Определим ток в точке К1

кА.

КЗ в точке К2:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К2

кА.

КЗ в точке К3:

Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К3

кА.

КЗ в точке К4:

Х_К4=Х_К3+Х₂=39,29+86,79=126,08 Ом; Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К4

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К5:

Х_К5=Х^/_К4+Х3_W1=1,05+1,72=2,77 Ом

Пересчитываем X^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

Пересчитываем R^/_К4 на напряжение U_нн=10,5 кВ

Ом.

R_К5=R_К4+R3_W1=0,34+3,40=3,74 Ом.

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К5

кА.

КЗ в точке К6:

Х_К6=Х_К5+Х₄=2,77+8,09=10,86 Ом

R_K6=R_K5=3,74 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К6

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К6 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

КЗ в точке К7

Х_К7=Х_К5+ Х5_W2=2,77+1,16=3,93 Ом

R_К7=R_К5+ R5_W2=3,74+2,29=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К7

кА.

КЗ в точке К8

Х_К8=Х_К7+Х₆=3,93+6,06=9,99 Ом

R_K8=R_K7=6,03 Ом

Определим полное сопротивление

Ом.

Ом.

Определим ток в точке К8

кА.

Пересчитываем сопротивление Z_К8 на напряжение U_н=0,4 кВ

Ом.

кА.

Результаты расчётов сведём в таблицу 2.

Таблица 2.

2. Защита и автоматика элементов низковольтной сети

2.1 Защита асинхронного двигателя плавким предохранителем

Наиболее распространённой заводской сетью напряжением до 1кВ является четырёхпроводная сеть с глухозаземлённой нейтралью. В такой сети основными видами повреждения являются КЗ между фазами и отдельных фаз на землю. В соответствии с правилами устройств электроустановок низковольтная сеть с подключенными электродвигателями и другими электроустановками должна иметь быстродействующую защиту от токов КЗ, обеспечивающую требуемую чувствительность и по возможности селективное отключение повреждённого участка или элемента. Для её выполнения используются наиболее простые средства - плавкие предохранители.

Определим расчетный ток двигателя:

А

где Р_ном.дв- мощность двигателя, кВт;

U_ном.дв- номинальное напряжение двигателя, кВ;

з - кпд двигателя;

Cosц - коэффициент мощности двигателя.

Номинальный ток плавкой вставки Iном в.с. выбирается с учетом условий:

1) Необходима отстройка от максимального рабочего тока Iн.дв. двигателя:

Iном. в.с.?Котс* Iн.дв.

где К_отс- коэффициент отстройки, 1,1-1,25;

Iном. в.с.?1,25*55,4=69,25 А.

2) По пусковому току Iпуск:

Iном. в.с.? Iпуск/Кпер

где Iпуск=Кп* Iн.дв=6,5*55,4=360,1 А

Кпер=2,5 - коэффициент перегруза;

Кп=6,5 - коэффициент пуска.

А

3) Поскольку двигателем управляем с помощью магнитного пускателя, то номинальный ток плавкой вставки проверяем по условию продолжительности ее перегорания за время не более 0,15…0,2с. Это обеспечивается при:

Iном. в.с.?Iк.мин/(10…15)

где Iк.мин - минимальный ток двух фазного к.з. за пускателем.

кА

где Iк8 - ток трех фазного к.з. в точке К8 приведенные к ступени U=0,4кВ.

кА

Исходя из вышеприведенных условий выбираем предохранитель типа ПН2-250 с Iном. пр.=250А; Iном. в.с.=160А; Uпр=380В.

Проверяем чувствительность предохранителя

где I^/к - ток одного фазного к.з. на шине 0,4кВ.

кА

где Uф=230В - фазное напряжение 0,4кВ;

Z_?/3=0,041 - полное сопротивление одной фазы;

Zпер=0,015 - переходное сопротивление в месте повреждение.

чувствительность обеспечивается.

Таблица 3

Схема управления и защиты низковольтного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя

Рисунок 2. Защита низковольтной сети.

Выбор уставок вводного и секционного автоматических выключателей на стороне НН КТП.

Выбор секционного выключателя SF секции шин НН КТП осуществляется с учётом загрузки трансформатора на 70% по условиям:

1.U_ном.а?U_с

2.I_откл.а?I_{кз макс.}

3.I_ном.рц?I_{раб.макс.}

Определим максимальный рабочий ток нагрузки для трансформатора Т5:

А

Выбираем выключатель ВА55-41 с полупроводниковым расцепителем и данными:

I_ном.а= 1000 А; I_ном.рц/ I_ном.а= 0,8; t_с.о= 0,2 с;