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
Наименование
велечин
|
Обозначение
и способ вычисления
|
Предварительные
числовые значения
|
Окончательные
числовые значения
|
Ток срабатывания на стороне 37 кВ 259,2*1,73/(100/5)=
22,45
А
|
|
|
|
Расчетное
число витков насыщающегося тр-ра для стороны 37 кВ
|
ω37=Fс.р./Iс.р.37
|
100/22,45=
4,45 витков
|
|
Предварительно
принимаемое число витков на стороне 37 кВ
|
ω37
|
4
витка
|
2
витка
|
Ток
срабатывания реле на стороне 37 кВ
|
Iс.р.= Fс.р./ ω37
|
100/4=25
А
|
100/2=50
А
|
Расчетное
число витков обмотки насыщающегося тр-ра для стороны 10,5 кВ
|
ω10,5= ω37(I37/I10,5)
|
4*(9/7,9)=4,56
|
2*(9/7,9)=2,29
|
Предварительно
принятое число витков на стороне 10,5 кВ
|
ω10,5
|
4
витка
|
2
витка
|
Составляющая
I’’’нб расч
для КЗ в К2
|
I’’’нб расч=(( ω10,5расч. -ω10,5)*I(3)кз max)/ ω10,5расч.
|
((14,56-4)*996,73)
/4,56=122,4А
|
((2,29-2)*
996,73) /2,29=126,2А
|
Первичный
расчетный ток небаланса с учетом I’’’нб расч
|
Iнб расч =I’нб расч +I’’нб расч
+I’’’нб расч
|
199,4+122,4=
=321,8А
|
199,4+126,2=
=325,8А
|
Уточненное
значение первичного тока срабатывания защиты
|
Iс.з.=kн* Iнб расч
|
1,3*321,8=418,4А
|
1,3*325,6=
=423,3А
|
Уточненное значение тока
срабатывания реле на стороне 37 кВ (1,73*418,4)/(100/5)
=36,23А(423,3*1,73)/
/(100/5)=36,66А
|
|
|
|
Окончательно
принятое число витков насыщающегося тр-ра на стороне 37 кВ
|
ω37=Fс.р./Iс.р.37
|
100/36,23=2,76
|
100/36,66=2,72
2,72<2,76
|
Окончательно
принятое число витков насыщающегося тр-ра на стороне 10,5 кВ
|
|
|
2
витка
|
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
№
|
Наименование
величины
|
37
кВ
|
10,5
кВ
|
1
|
Первичные
номинальные токи трансформатора, А
|
165,2
|
2
|
Схема
соединения вторичных обмоток трансформаторов тока
|
Δ
|
Y
|
3
|
Коэффициенты
трансформации трансформаторов тока
|
300/5
|
600/5
|
4
|
Вторичные
токи в плечах защиты, А
|
165,2*1,73/60=4,76
|
578,03/120=4,81
|
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
Наименование
велечин
|
Обозначение
и способ вычисления
|
Предварительные
числовые значения
|
Окончательные
числовые значения
|
Ток срабатывания на стороне 37 кВ 362,57*1,73/(300/5)=
10,45
А
|
|
|
|
Расчетное
число витков насыщающегося тр-ра для стороны 37 кВ
|
ω37=Fс.р./Iс.р.37
|
100/10,45=
9,57 витков
|
|
Предварительно
принимаемое число витков на стороне 37 кВ
|
ω37
|
9
витков
|
6
витков
|
Ток
срабатывания реле на стороне 37 кВ
|
Iс.р.= Fс.р./ ω37
|
100/9=11,1
А
|
100/6=16,7
А
|
Расчетное
число витков обмотки насыщающегося тр-ра для стороны 10,5 кВ
|
ω10,5= ω37(I37/I10,5)
|
9*(4,76/4,81)=8,9
|
6*(4,76/4,81)=5,94
|
Предварительно
принятое число витков на стороне 10,5 кВ
|
ω10,5
|
8
витков
|
5
витков
|
Составляющая
I’’’нб расч
для КЗ в К4
|
I’’’нб расч=(( ω10,5расч. -ω10,5)*I(3)кз max)/ ω10,5расч.
|
((8,9-8)*1394,5)
/8,9=141 А
|
((5,94-5)*
1394,5) /5,95=220,12А
|
Первичный
расчетный ток небаланса с учетом I’’’нб расч
|
Iнб расч =I’нб расч +I’’нб расч
+I’’’нб расч
|
278,9+141=
=419,9А
|
278,9+220,12=
=499,02А
|
Уточненное
значение первичного тока срабатывания защиты
|
Iс.з.=kн* Iнб расч
|
1,3*419,9=545А
|
1,3*499,02=
=648,73А
|
Уточненное значение тока
срабатывания реле на стороне 37 кВ (1,73*545)/60
=15,7А(648,73*1,73)/
/60=18,7А
|
ω37=Fс.р./Iс.р.37
|
100/15,7=6,4
|
15,7<18,7
следовательно 5 витков
|
Окончательно
принятое число витков насыщающегося тр-ра на стороне 6,3 кВ
|
|
|
5
витков
|
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.