, (5.5)

здесь  – коэффициент отстройки для статического реле;

 – коэффициент самозапуска двигателей для линии Л5.

 А.

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне проверяем по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5 (на шинах ДIc):

. (5.6)

Коэффициент чувствительности в резервной зоне определяем по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором Т3 (на шинах Е), приведенным на высокую сторону:

. (5.7)

Поскольку защита не удовлетворяет требованиям чувствительности, устанавливаем МТЗ с пуском по напряжению.

5) Загрубляем защиту, то есть, принимаем . Тогда ток срабатывания защиты

 А. (5.8)

6) Ток срабатывания реле:

 А. (5.9)

Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (5.10)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

7) Выдержка времени защиты принимается на ступень селективности больше выдержки времени на секционном выключателе Q27:  с, то  с.

8) Вводим защиту минимального напряжения на реле напряжения минимального действия РСН 16 с коэффициентом возврата .

9) Измерительным органом защиты является трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10, который устанавливается на секцию шин ГIс. Для выбранного трансформатора напряжения

 В,  В. Коэффициент трансформации

.

10) Напряжение срабатывания защиты:

, (5.11)

где  – минимальное напряжение на шинах, которое не вредит технологическому процессу.

 В.

11) Найдем минимальное остаточное напряжение на шинах ГIс при металлическом коротком замыкании на шинах ДIс для проверки чувствительности защиты.

Полное удельное сопротивление кабельной линии Л5:

 Ом/км, (5.12)

где  – удельное активное сопротивление кабельной линии Л5, Ом/км;

 – удельное индуктивное сопротивление кабельной линии Л5, Ом/км;

 – длина кабельной линии Л5, км.

Минимальное остаточное напряжение:

, (5.13)

где  – количество кабельных линий Л5.

 В.

Коэффициент чувствительности:

. (5.14)

12) Напряжение срабатывания реле:

 В. (5.15)

Принимаем к установке реле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах  В.

Определим сумму уставок:

. (5.16)

Принимаем уставку .

Найдем напряжение уставки реле:

 В.

5.3 Защита от однофазных замыканий на землю

Защита выполняется с действием на сигнал.

1) Выбираем реле РТЗ-51, ток срабатывания которого находится в пределах  А.

2) Измерительным органом является трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗРЛ.

3) Для кабеля марки А-185 удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю  А/км.

Ток нулевой последовательности линии, обусловленный током утечки,

 А. (5.17)

Ток срабатывания защиты:

, (5.18)

здесь  – коэффициент отстройки для защиты без выдержки времени.

 А.

4) Проверку чувствительности защиты не производим, так как неизвестен ток утечки для всей сети предприятия, определяемый экспериментально.

6 Расчёт защиты силового трансформатора Т1

На силовом трансформаторе устанавливаются следующие виды защит:

1) дифференциальная защита от различных видов короткого замыкания;

2) максимальная токовая защита как резервная от внешних многофазных коротких замыканий;

3) защита от перегруза;

4) газовая защита.

6.1 Дифференциальная защита

1) Защита выполняется с помощью дифференциального реле РСТ 15.

2) Номинальные токи обмоток трансформатора:

высшего напряжения

 А; (6.1)

низшего напряжения

 А; (6.2)

В формулах (6.1) и (6.2):

 – номинальная мощность трансформатора Т1, ВА;

 – напряжение высокой стороны трансформатора, В;

 – напряжение низкой стороны трансформатора, В.

3) Для выбора трансформаторов тока найдем максимальные рабочие токи:

на стороне ВН

 А; (6.3)

на стороне НН

 А. (6.4)

На стороне ВН принимаем к установке трансформатор тока типа ТФЗМ-220Б-I-200-0,5/10Р/10Р/10Р:  А,  А.

Коэффициент трансформации трансформатора тока

. (6.5)

На стороне НН принимаем к установке трансформатор тока типа и ТШЛ-10-3000-0,5/10Р:  А,  А.

Коэффициент трансформации трансформатора тока

. (6.6)

Силовой трансформатор Т1 имеет схему соединения обмоток Ун/Д/Д, следовательно, для компенсации сдвига фаз трансформаторы тока на высокой стороне включаются по схеме полного треугольника (), а трансформаторы тока на низкой стороне — по схеме неполной звезды ().

Вторичные токи трансформаторов тока в номинальном режиме работы:

 А; (6.7)

 А. (6.8)

За основную сторону принимаем сторону НН, так как .

4) Определяем токи небаланса, вызванные погрешностями трансформаторов тока  и регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) . При этом все токи приводим к ступени напряжения основной стороны.

Определим ток небаланса :

, (6.9)

где  – коэффициент однотипности трансформаторов тока;

 – коэффициент апериодической составляющей для дифференциального реле;

 – допустимая погрешность трансформаторов тока;

– максимальный сквозной ток, приведенный на высокую сторону, А.

 А.

Определим ток небаланса :

, (6.10)

где  — пределы регулирования напряжения на стороне ВН;

 — пределы регулирования напряжения на стороне СН.

 А.

Предварительное значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса

, (6.11)

где  – коэффициент отстройки.

 А.

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания

, (6.12)

где  – коэффициент отстройки.

 А.

Из двух токов срабатывания выбираем наибольший, то есть  А.

5) Предварительное значение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН.

. (6.13)

6) Ток срабатывания реле на основной стороне

 А. (6.14)

Ток срабатывания реле на неосновной стороне

 А, (6.15)

где  – коэффициент трансформации силового трансформатора.

7) Примем число витков основной обмотки .

Расчетная МДС основной обмотки

 А·витков. (6.16)

Принимаем ближайшее стандартное значение МДС  .

Расчетное число витков неосновной обмотки находится из условия

. (6.17)

Принимаем .

Составляющая тока небаланса  из-за неравенства расчетного и действительного числа витков

 А. (6.18)

8) Ток срабатывания защиты с учетом всех составляющих тока небаланса

 А, (6.19)

здесь  – коэффициент отстройки.

9) Коэффициент чувствительности определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН:

.

Так как коэффициент чувствительности превышает требуемое нормированное значение, то защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

10) Ток срабатывания реле на основной стороне

 А.

Ток срабатывания реле на неосновной стороне

 А.

6.2 МТЗ с выдержкой времени

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата .

2) Реле включаются во вторичные обмотки уже выбранных трансформаторов тока со стороны питания, то есть схема включения трансформаторов тока и реле – полный треугольник (коэффициент схемы ), коэффициент трансформации трансформаторов тока .

3) Ток срабатывания защиты:

, (6.20)

здесь  – коэффициент отстройки;

 – максимальный рабочий ток на стороне ВН трансформатора при перегрузке, А.

А.

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне определяется по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором, приведенным на первичную сторону:

. (6.21)

В зоне резервирования коэффициент чувствительности определяется по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линии Л5, приведенным на первичную сторону:

. (6.22)

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

5) Определим ток срабатывания реле:

 А. (6.23)

Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (6.24)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

6) Время срабатывания защиты принимается по условию отстройки от времени срабатывания МТЗ на секционном выключателе Q20. Поскольку это время равно  с, то  с, где  с – ступень селективности для статического реле. Используем реле времени РВ-01.

6.3 Защита от перегруза

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата .

2) Защита выполняется с помощью одного реле, включенного во вторичную обмотку того же трансформатора тока, что и реле максимальной токовой защиты, на ток фазы А, с действием на сигнал. Коэффициент трансформации трансформатора тока , коэффициент схемы .

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока трансформатора на стороне ВН:

, (6.25)

здесь  – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (6.26)

Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (6.24)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

6) Выдержка времени защиты отстраивается от кратковременных перегрузок. Примем  с. Устанавливаем реле времени РВ-01.

6.4 Газовая защита

Газовая защита является основной защитой трансформаторов от витковых замыканий и других внутренних повреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующего органа выбираем реле типа РГТ-80. Верхняя пара контактов действует на сигнал при слабом газовыделении и понижении уровня масла, нижняя пара контактов действует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла. Уставка скоростного элемента (нижнего) выбирается в зависимости от мощности и системы охлаждения силового трансформатора. Так как трансформатор имеет мощность 25 МВ·А и систему охлаждения Д, то принимаем уставку 1 м/с.

7 Расчёт защиты воздушных линий Л1, Л2

В связи с тем, что сеть образована параллельными линиями и имеет двухстороннее питание, то примем к установке следующие защиты:

1) основная от всех видов коротких замыканий – поперечная дифференциальная направленная защита;

2) дополнительная к основной от междуфазных коротких замыканий – токовая отсечка без выдержки времени, отдельная для каждой параллельной цепи;

3) резервная от междуфазных коротких замыканий – суммарная максимальная токовая защита параллельных цепей;

4) защита от однофазных коротких замыканий на землю.

7.1 Поперечная дифференциальная направленная защита

1) Защита выполняется с помощью токовых реле РСТ 13, которые включаются на разность токов параллельных цепей. Для определения поврежденной цепи последовательно с обмоткой токового реле РСТ 13 включается обмотка тока реле направления мощности РМ 11, а обмотка напряжения этого реле включается во вторичную обмотку трансформатора напряжения, установленного на шинах А.

2) Максимальный рабочий ток линии при повреждении на другой линии:

, (7.1)

где  – передаваемая мощность по линиям Л1 и Л2, ВА;

 – напряжение линий Л1 и Л2, В.

 А.

Принимаем к установке трансформатор тока ТФЗМ-220Б-I-300-0,5/10Р/10Р/10Р:  А;  А. Коэффициент трансформации трансформатора тока

.

В каждой цепи линии устанавливаются три трансформатора тока, включенные по схеме неполной звезды, коэффициент схемы .

Примем к установке трансформатор напряжения типа НКФ-220-58У1:

 В,  

В. Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:

.

3) Ток срабатывания защиты определяется двумя условиями:

а) отстройкой от тока небаланса

, (7.2)

где  – коэффициент апериодической составляющей для токового реле;

 – коэффициент однотипности для идентичных трансформаторов тока;

 – класс точности трансформаторов тока.

 А.

Ток срабатывания защиты

, (7.3)

здесь  – коэффициент отстройки.

 А.

б) отстройкой от максимального рабочего тока при отключении одной из параллельных линий с противоположного конца.

Ток срабатывания защиты:

, (7.4)

где – коэффициент отстройки;

 – максимальный рабочий ток, который был определен по выражению (7.1).

 А.

Принимаем к выполнению большее из двух значений, то есть  А.

4) Чувствительность защиты определяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в двух случаях:

а) при повреждении в середине одной из параллельных цепей (рисунок 2)

Рисунок 2

 А – ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах В при питании от системы G1;

 А - ток при точке двухфазного короткого замыкания на шинах А при питании от системы G2.

Ток в неповрежденной цепи находится как четверть разницы этих токов:

 А. (7.5)

Токи в поврежденной цепи:

от шин А к точке короткого замыкания  А;

от шин В к точке короткого замыкания  А.

Коэффициент чувствительности защит с обоих концов одинаковый:

. (7.6)

б) при повреждении в конце одной из линий, когда она отключена с одной стороны каскадным действием защиты (рисунок 3).

Рисунок 3

Питание от системы G2 не учитываем, тогда коэффициент чувствительности

. (7.7)

Коэффициент чувствительности больше нормированного в обоих случаях.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (7.8)

Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (7.9)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

6) Длина зоны каскадного действия (вблизи шин В):

, (7.10)

здесь  – длина линий Л1 и Л2, км.

Длина зоны каскадного действия лежит в допустимых пределах.

Длина мертвой зоны по органу направления мощности РМ 11 (вблизи шин А) может быть найдена из упрощенного выражения (3.11) (без учета активного сопротивления линии и без учета подпитки с противоположной стороны), исходя из минимального напряжения срабатывания реле РМ 11  В.

, (7.11)

здесь  – коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

 Ом/км – удельное индуктивное сопротивление линии;

.

Длина мертвой зоны также лежит в допустимых пределах.

7.2 Токовая отсечка без выдержки времени

Ненаправленная токовая отсечка без выдержки времени предназначена для отключения трехфазных коротких замыканий в пределах мертвой зоны дифференциальной защиты.

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.

2) Реле включаются во вторичные обмотки выбранных в п.7.1 трансформаторов тока с коэффициентом трансформации , включенными по схеме неполной звезды (коэффициент схемы ).

3) Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного короткого замыкания на шинах В при питании от системы G2 :

, (7.12)

здесь  – коэффициент отстройки.

 А.

4) Коэффициент чувствительности определяется только при трехфазных коротких замыканиях, так как основное назначение защиты — резервировать отказ поперечной дифференциальной направленной защиты при трехфазных коротких замыканиях в мертвой зоне.

При коротком замыкании на одной цепи А-В вблизи шин А расчетный ток защиты найдем как сумму токов, посылаемых системой 1, и половины тока со стороны системы 2:

 А. (7.13)

Тогда коэффициент чувствительности

. (7.14)

Защита проходит по коэффициенту чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (7.15)

Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (7.16)

Принимаем уставку .

Найдем ток уставки реле:

 А.

7.3 Суммарная максимальная токовая направленная защита

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата  и реле направления мощности РМ 11.

2) Измерительными органами являются выбранные в п.7.1 трансформаторы тока, включенные по схеме неполной звезды (, ), а также трансформатор напряжения.

3) Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока линии:

 А. (7.17)

4) Коэффициент чувствительности в основной зоне действия:

. (7.18)

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (7.19)

Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (7.20)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

5)    Выдержку времени МТЗ определим для всей сети А-Б-В путем разделения схемы на две части, в каждой из которых будет по одному источнику, и произведем независимое определение времени срабатывания МТЗ (см. рисунок 4).

Рисунок 4 – Выдержки времени МТЗ сети А-Б-В

Ступень селективности для статического реле  с.

Выдержка времени для выключателей Q16 и Q18 была выбрана в п.6.2.

Выдержки времени для выключателей Q1, Q5, Q3 и Q7 определяются при питании со стороны системы G1:

 с;

 с.

Выдержки времени для выключателей Q2, Q6, Q4 и Q8 определяются при питании со стороны системы G2:

 с;

 с.

Для обеспечения выдержки времени выбираем реле времени РВ-01.

7.4 Защита от однофазных коротких замыканий на землю

При однофазных коротких замыканиях на землю (ОКЗЗ) увеличиваются токи нулевой последовательности, поэтому для определения данного вида повреждений устанавливаются фильтры нулевой последовательности (трансформаторы тока включаются по схеме полной звезды, а реле устанавливаются в нулевой провод). Защита от ОКЗЗ выполняется, как правило, трёхступенчатой: 1-ая ступень — направленная отсечка мгновенного действия нулевой последовательности, но в отличие от токовой отсечки отстройка производится только от тока нулевой последовательности, направленного от шин подстанции. Ток срабатывания мгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличия значительной взаимоиндукции от параллельной цепи, оказывающей существенное влияние на сопротивление нулевой последовательности; 2-ая ступень — токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени; 3-я ступень — МТЗ нулевой последовательности.

8 Проверка трансформатора тока и выбор контрольного кабеля

Необходимо определить сечение контрольного кабеля во вторичных цепях трансформатора тока, установленного около выключателя Q29. При расчете двигателя был выбран тип трансформатора тока: ТЛК10-100-0,5/10Р. Номинальный первичный ток  А, вторичный  А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: .

Расчетная кратность тока

, (8.2)

где  – ток при внешнем к.з. в максимальном режиме;

 – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.

.

По кривым  для данного типа трансформатора тока находим  Ом.

Расчетное сопротивление нагрузки определяется выражением

, (8.3)

где  – сопротивление проводов, Ом;

 Ом – сопротивление реле;

 Ом – сопротивление контактов.

Найдем  при условии :

 Ом.

Вторичные цепи выполнены медным кабелем длиной  м. Сечение кабеля можно определить по формуле:

, (8.4)

где  – удельное сопротивление меди.

 мм2.

Принимаем стандартное сечение 2,5 мм2, которое удовлетворяет требованиям механической прочности для соединительных проводов токовых цепей. Кабель контрольный типа КРВГ.

Литература

1 Релейная защита в системах электроснабжения: Методические указания к изучению курса и выполнению контрольного задания / Г. А. Комиссаров, Х. К. Харасов. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – 56 с.

2 Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

3 Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974 – 680 с. с ил.

4 Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 376 с., ил.

Страницы: 1, 2, 3