Разработка релейной защиты подстанции 220/110/10 кВ.

S=23·S2=23·2=46 ВАВыбираем трансформатор напряжения типа: НКФ-220-58У1Технические характеристики:Таблица 10 – Технические характеристики ТНТипНоминальное напряжение, кВКоэффициент трансформацииКласс точностиМощность вторичных обмотокНКФ-220-58У12200,5/3Р2000 ВА5 РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИИ НАПРЯЖЕНИЕМ220 КВ5.1 Описание панели ЭПЗ-1636Защита линии 220 кВ выполняется на панели ЭПЗ-1636.Панели защиты типов ЭПЗ 1636-67/1 и ЭПЗ 1636-67/2 предназначены для защиты линий электропередачи напряжением 110-220 кВ. Защиты, установленные на панели, разделены на два независимых комплекса: первый комплекс состоит из двухступенчатой (первая и вторая ступени) дистанционной защиты при многофазных замыканиях и четвертой ступени токовой направленной защиты нулевой последовательности при замыканиях на землю;второй комплекс состоит из одноступенчатой (третьей ступени) дистанционной защиты, токовой отсечки при многофазных замыканиях и трехступенчатой (первая, вторая и третья ступени) токовой направленной защиты нулевой последовательности при замыканиях на землю.Панель может быть использована: в качестве единой, т.е. основной и резервной защиты линий;в качестве резервной защиты линий, при наличии отдельной основной; при этом дистанционная защита первого комплекса должна выполняться с пуском от реле сопротивления третьей ступени;для выполнения направленной защиты с высокочастотной блокировкой.В ее состав входят следующие защиты:токовая отсечка от междуфазных КЗ на линии;токовая направленная защита нулевой последовательности;дистанционная защита.5.2 Токовая отсечка от междуфазных КЗТоковые отсечки позволяют обеспечить быстрое отключение замыкания и подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени. Селективность токовой отсечки достигается выбором срабатывания, для этого тока срабатывания отсечки должен быть больше максимального тока короткого замыкания в конце защищаемого участка, за пределами которого она не должна работать:Зона действия мгновенной отсечки не должна выходить за пределы защищаемой линии.Таблица 11 – Расчет токовой отсечкиОпределяемая величинаРасчетнаяформулаРасчетТок срабатывания защиты, кАТок срабатывания реле, АВыбор релеРТ-40/100Шкала уставок: 50100Соединение: параллельное соединение обмотокТок релеВремясрабатывания защитыtсз = 0 сЗонаСтроится зависимость и прямая Зонасрабатывания токовой отсечкиВывод: Зона срабатывания охватывает более 20 %, отсечка эффективна.5.3 Трехступенчатая дистанционная защитаДистанционная защита применяется для защиты от многофазных КЗ на линии и удовлетворяет требование быстродействия и чувствительности. Выдержка времени дистанционной защиты зависит от расстояния, от места установки защиты до КЗ и нарастает с увеличением этого расстояния. Зависимость времени срабатывания защиты от расстояния или сопротивления называется характеристикой дистанционной защиты.В панели защиты ЭПЗ-1636 (ШДЭ-2801) применяется трехступенчатая дистанционная защита со ступенчатой характеристикой.Рисунок 16 – Ступенчатая характеристика дистанционной защиты1 зона – охватывает часть первой линии. При КЗ в пределах 1 зоны, защита действует мгновенно.2 зона – охватывает оставшуюся часть линии и шины противоположной подстанции.3 зона – является резервной, ее протяженность выбирается из условия охвата следующего участка на случай отказа собственной защиты или выключателя.Основным элементом дистанционной защиты является реле полного минимального сопротивления. Рисунок 17 – Структурная схема реле сопротивленияВ дистанционной защите (ЭПЗ-1636) применяется реле сопротивления ДЗ-2 и КРС-1 и за положительное направления принимается направление мощности из шин в линию.Реле сопротивления имеет трансреакторТAV и трансформатор напряжения TV. Уставки на реле сопротивления выбираются изменением процентного отношения числа витков на TV реле N% и изменением числа витковTAVZуст.min.Расчет дистанционной защиты линии от КЗ представлен в таблице 12.Таблица 12 – Расчет дистанционной защиты линииОпределяемая величинаРасчетная формулаРасчетI ступень защитыВыполняется на реле ДЗ-2. Отстраивается от IКЗ в конце линии Л-1Сопротивление срабатывания защиты, Ом Сопротивление срабатывания реле, ОмПроцентное отношение числа витков обмотки TV в ДЗ-2, %Выбор релеВыбираем реле типа ДЗ-2Выбор уставки: 5%, выставляем на реле: 5Время срабатывания защиты I ступениtсз = 0 сII ступень защитыВыполняется на реле ДЗ-2. Отстраивается от IКЗ в конце линии Л-2Сопротивление срабатывания защитыII ступени, ОмСопротивление срабатывания реле, ОмКоэффициент чувствительностиПроцентное отношение числа витков обмотки TV в ДЗ-2, %Выбор релеВыбираем реле типа ДЗ-2Выбор уставки: 6%, выставляем на реле: 5+1Время срабатывания защиты II ступениtсз = 0,5 сIII ступень защитыВыполняется на реле КРС-1. Защита отстраивается от тока максимальной нагрузкиСопротивление срабатывания защитыIII ступени, ОмСопротивление срабатывания реле, ОмПроцентное отношение числа витков обмотки TV в ДЗ-2, %Выбор релеВыбираем реле типа КРС-1Выбор уставки: 2%, выставляем на реле: 1+1Время срабатывания защиты IIIступениtСЗIII= tСЗII+∆t =0,5+0,5=1 c5.4 Четырехступенчатая направленная защита нулевой последовательностиДля защиты линии от КЗ на землю применяется РЗ, реагирующие на токи мощности нулевой последовательности (НП). При КЗ появляетсяток НП возможно только в сети, где имеются трансформаторы с заземленными нейтралями. Пусковым органом защиты является реле максимального тока, включенного на фильтр тока НП, в качестве которого используется нулевой провод ТТ, соединенный по схеме полной звезды. В качестве направления мощности применяется реле мощности за положительное направление применяется направление токов КЗ из шин в линию. Токовая обмотка реле мощности подключается к фильтру токов НП, обмотка напряжения реле к фильтру напряжения НП (к обмотке трансформатора напряжения соединенный в разомкнутый треугольник).В сетях 110кВ и выше применяется четырехступенчатая направленная защита НП (панель ЭПЗ-1636 или ШДЭ-2801):1 ступень – отсечка без выдержки времени, отстраивается от 3Iв конце Л-1, идущего от системы;2 ступень – отсечка с выдержкой времени, отстраивается от 3I в конце Л-2, идущего от системы;3 ступень – МТЗ нулевой последовательности;4 ступень – сигнальная.Расчет токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП)Таблица 13 – Расчет токовой защиты нулевой последовательности (ТЗНП)Определяемая величинаРасчетная формулаРасчетI ступень- отсечка без выдержки времениТок срабатывания защиты I ступени, кА= (в т. К3),см. таблицу 6Ток срабатывания реле защиты I ступени, АВыбор релеРТ-40/50Шкала уставок: 2550Соединение: параллельноеТок реле, АIp=Iуст= Iср/2Ip=25,51/2 = 12,755AВремя срабатыванияI ступени защиты = 0 сII ступень- отсечка с выдержкой времениТок срабатывания защиты II ступени, кАТок срабатывания реле II ступени, АВыбор релеРТ-40/20Шкала уставок: 1020Соединение: параллельноеТок реле, АIp=Iуст= Iср/2Ip=12,95/2 = 6,475 АВремя срабатыванияII ступени защиты, сtСЗII= tСЗI+∆ttСЗII=0+0,5=0,5 сКоэффициент чувствительности защиты= (в т. К3),см. таблицу 6KЧ = 1,47/1,14 =1,29< 1,5 –защита выполняется направленнойIII ступеньс выдержкой времениЗащита отстраивается от тока небаланса, проходящего в нулевом проводе трансформатора тока при трехфазном КЗ в конце линииТок срабатывания защиты III ступени, А, где – максимальный ток к.з. в т. К3, см. таблицу 6Ток срабатывания реле III ступени, АВыбор релеРТ-40/10Шкала уставок: 510Соединение: параллельноеТок реле, АIp=Iуст= Iср/2Iср = 7,21/2 = 3,605АВремя срабатыванияIII ступени защиты, сtСЗIII= tСЗII+∆ttСЗIII=0,5+0,5=1 сКоэффи-циентчувстви-тельности защитыОсновная зона= (в т. К3),см. таблицу 6Резервная зона=дальнее резервирование обеспечивается6 Расчет РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ трансформаторов6.1 Расчет дифференциальной защиты трансформатораТаблица 14 –Расчет трансформатораПараметрСторона ВНСторона ННПримечаниеНом.ток тр-раImaxВН==251·1,4=351,4АImaxНН==52491,4=7348,6АВыбор Ктт400/512000/5Выбор схемы соединения ТТ∆(коэф.схемы √3)Y(коэф.схемы 1)Ном.ток в плече защитыРасчет тока небаланса:I’нб=Ка∙Кодн∙ε∙Imaxк-з=1∙1∙0,1∙5770=577 АI’’нб=∆Uрпн∙Iкзвнmax=8∙(1,79/100)∙5770=826,2 АIнб=I’нб+I’’нб=577+826,2= 1403,2 АПредварительный расчет ДЗТ-11:Icз≥Котс∙IномВН=1,5∙251=376,5 АКоэффициент чувствительности без тормозной обмоткиНайденное значение не удовлетворяет требованиям чувствительности, так как Кч< 2. В рассматриваемом примере рекомендуется реализовать дифференциальную защиту трансформатора на базе микроэлектронного реле серии ДЗТ -21 или на базе микропроцессорного устройства дифференциальной защиты, так как указанные типы защит обеспечивают возможность выставления тока срабатывания дифференциальной защиты трансформатора в районе 0,4xIном.Реле ДЗТ -11 допустимо применять для защиты трансформатора.6.2 Расчет максимальной токовой защитыТаблица 15 – Расчет ДЗТ-11ПараметрВНННПримечаниеРасчет числа витков основной стороныПринятое число витковWосн= 13 (УР1=10и2)Wоснст= 32 (УР2=30и2)Iнбобусловлен неточностью выставленных витковСуммарный IнбIнб=I’нб+I’’нб+I’’’нб==577+826,2+125,01=1528,21 АОпределение числа витков тормознойобмоткиtgα=0,87угол хар-ки торможенияФактическое срабатывание защитыКоэффициент чувствительности при торможенииIкзmin= – минимальный ток к.з в т. К3 (таблица 6)Найденное значение удовлетворяет требованиям чувствительности.Рассчитываем МТЗ силового трансформатора, для чего определяем токи срабатывания на стороне высокого и низкого напряжения трансформатора:, (23)где kзап – коэффициент самозапуска двигателей, kзап =1; kн – коэффициент надежности отстройки, kн = 1,35; kсх – коэффициент схемы включения реле, kсх = 1(Y), kсх = √3(∆); kв – коэффициент возврата, kв = 0,8; kтт – коэффициент трансформации трансформаторов тока., (24), (25)6.3 Расчет защиты от перегрузкиТок срабатывания защиты отстраивается от номинального тока обмотки трансформатора стороны, на которой устанавливается реле:, (26)где kн=1,05 – коэффициент надежности отстройки, Iнарг.max– максимальный ток нагрузки трансформатора, kв – коэффициент возврата, принимаемый равным 0,8.Ток срабатывания реле:, (27)Время срабатывания принимается больше времени действия всех защит трансформатора. tср = 9 с.7 Проверка трансформаторов тока по 10%-й погрешности для дифференциальной защиты трансформатораТрансформатор тока: ТВТ220-I-600/5;Схема соединения обмоток ТТ: ∆Длина кабеля: метров;Удельное сопротивление: ;Сечение кабеля: По ПУЭ п. 3.4.4 в токовых цепях применяются только медные жилы и по условию прочности сечение должно быть не менее 2,5 ; возьмем 2,5 мм2.Находим нагрузку вторичной обмотки трансформатора тока:;где – сопротивление кабеля: – сопротивление реле и приборов: ,где –потребляемая мощность реле и приборов, для ДЗТ-11 ; – переходное сопротивление в месте контактных соединений, принимаемое 0,05 Ом;ОмМаксимальная кратность первичного тока при КЗ (К10),где – ток короткого замыкания в максимальном режиме работы системы в точке К-3; – первичный ток ТТ установленный для дифференциальной защиты трансформатора со стороны высокого напряжения.По кривым предельной кратности определяем допустимую вторичную нагрузку на трансформатор тока:Для ; Условия проверки:Вывод: Трансформатор тока проходит по условию 10%-й погрешности.ЗАКЛЮЧЕНИЕЦель моего курсового проекта была: разработка и расчет релейной защиты элементов подстанции 220/110/10 кВ.В данном курсовом проекте я произвел выбор релейной защиты силового трансформатора ТРДН - 100000/220 кВ и линии 220 кВ, произведен расчет токов короткого замыкания, был выполнен выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения, рассчитаны уставки для выбранной релейной защиты, произведена проверка трансформатора тока по 10%-й погрешности.Выбор принципов защиты и автоматики элементов подстанции 220/110/10 кВ произведен на основании результатов расчета токов короткого замыкания и ориентировочных уставок защит в соответствии с Руководящими указаниями по релейной защите (выпуски 11, 13А, 13Б) и «Правилами устройства электроустановок» (раздел 3).Цель и задачи при разработке курсового проекта были достигнуты, курсовой проект выполнен в полном объёме.СПИСОК ИСТОЧНИКОВАндреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения [Текст]: Учебник для вузов / В. А. Андреев. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2006. – 639 с.: ил. – ISBN 5-06-004826-8.Барзам, А. Б. Лабораторные работы по релейной защите и автоматике [Текст]: Учебное пособие для техникумов / А. Б. Барзам, Т. М. Пояркова. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 256 с.: ил.Басс, Э. И. Релейная защита электроэнергетических систем [Текст]: учеб. пособие / Э. И. Басс, В. Г. Дорогунцев; под ред. А. Ф. Дьякова. – 2-е изд., стер. – М.: Издат. дом МЭИ, 2006 (Красноармейск). – 295 с.: ил. –ISBN 5-903072-44-5.Неклепаев, Б. Н. Электрическая часть электростанций и подстанций. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования [Текст]: Учеб.пособие для вузов / Б. Н. Неклепаев, И. П. Крючков. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.: ил. Рожкова, Л. Д. Электрооборудование станций и подстанций [Текст]: Учебник для техникумов / Л. Д. Рожкова, В. С. Козулин. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.: ил.РУ по релейной защите Ступенчатая токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю линий 110-220 кВ[Текст]: М.: Госэнергоиздат, 1961. – 63 cРУ по релейной защите. Дистанционная защита линий 35-330 кВ: М.: Энергия, 1966. – 172 c.Федосеев, А.М. Релейная защита электроэнергетических систем[Текст]: Учеб.для вузов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.Шабад, М.А. Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей[Текст]: М.: Энергоатомиздат, 1985. – 294 c.Правила устройства электроустановок, седьмое издание