Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

 

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ  им. Д.Серикбаева

 

 

 

Кафедра «Промышленная  энергетика»

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Релейная  защита и автоматика в системах электроснабжения»

 

 

 

Выполнил:

специальности  050718

шифр 

группа 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                 

                                                       Усть-Каменогорск

       2012

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

	Задание	4
1	Выбор сечения линий  электропередач	5
1.1	Выбор сечения воздушной  линии 110кВ	5
1.2	Выбор сечения кабельной  линии 6кВ	6
2	Расчет токов короткого  замыкания	7
3	Расчет уставок защит	10
3.1	Защита питающей линии  электропередачи	10
3.2	Защита трансформаторов	12
3.3	Защита электродвигателей	16
3.4	Самозапуск электродвигателей  и защита минимального напряжения	18
3.5	Автоматическое включение  резерва	22
	Список литературы	25

 

 

 

ЗАДАНИЕ

 

 

Принципиальная схема  электроснабжения подстанции изображена на рисунке 1.  Подстанция подключена к энергосистеме С двумя параллельными линиями электропередач (ВЛ) W1, W2. На подстанции установлены два трансформатора Т1, Т2. Нагрузка распределена по двум трансформаторам равномерно. Работа трансформаторов раздельная. Секционный выключатель Q6 снабжен устройством автоматического ввода резерва (АВР). Обобщенная нагрузка Sн каждой секции шин подстанции равна 70 % номинальной мощности трансформатора. От шин подстанции отходят кабельные линии, питающие асинхронные электродвигатели (ЭД).

Выполнить расчет:

- защит питающих линий электропередач;

- защит силовых трансформаторов;

- защит высоковольтных  асинхронных электродвигателей;

- уставок автоматического  включения резерва;

а также проверить  возможность самозапуска электродвигателей  и при необходимости предусмотреть защиту минимального напряжения.

По результатам расчетов построить карту селективности  релейной защиты.

Исходные данные приведены  в таблицах 1и 2.

 

Таблица 1

Параметры электродвигателя и нагрузки

Предпоследняя цифра  шифра	Номинальная мощность ЭД Рдв, кВт	Кратность пускового  тока ЭД, kп	Количество ЭД на секции, n	Уставка РЗ прис. на шинах  п/ст, tсз.пр, с	Время перерыва питания, tпп, с	Коэффициент самозапуска  ЭД, Ксзп	Длина кабельной линии Lкл, км
8	1250	5,2	2	1,2	2,5	2,7	0,8

 

Таблица 2

Параметры трансформатора и энергосистемы

Послед. цифра шифра	Тип трансформатора	Uвн, кВ	Uнн, кВ	Sкз.макс, МВА	Sкз.мин, МВА	Длина ВЛ, км
7	ТРДН-32000/110	115	6,3-6,3	2700	2500	60

 

 

Рисунок 1 – Принципиальная схема электроснабжения подстанции

 

 

1 Выбор  сечения линий электропередач

 

 

1.1 Выбор сечения воздушной  линии 110кВ

 

Выбор сечения проводов воздушной линии электропередачи  производится по экономической плотности  тока с последующей проверкой  выбранного провода по нагреву.

Минимальное сечение провода по экономической плотности тока

 

 (1.1)

 

где Iн – расчетный ток, протекающий по питающим линиям 110кВ

Jэ – Экономическая плотность тока, А/мм² (согласно ПУЭ для Тмакс равным в пределах 3000-5000 час, для алюминиевых проводов, принимаем Jэ=1,1А/мм²)

Расчетный ток на воздушную  линию принимаем из расчета 40% перегрузки в аварийном режиме (отключение одного из трансформаторов)

 

 (1.2)

 

где Sном.тр-р – номинальная мощность трансформатора (таблица 2) Uном – номинальной напряжение высокой стороны (таблица 2)

 

 

 

 

 

Согласно произведенных  расчетов принимаем сечение провода  ВЛ-110кВ равным 240 мм². к установке принимаем сталеалюминевый провод марки АС-240/32 с Iдоп=605А

Проверка проводов по нагреву

 

 (1.3)

 

 

 

Выбранное сечение по условию нагрева проходит, в дальнейших расчетах принимаем характеристики ВЛ для данного сечение проводов.

1.2 Выбор сечения кабельной линии 6кВ

 

Расчетный ток на кабельную  линию принимаем по максимальному  расчетному току линии

 

 (1.4)

 

где Sпотр– номинальная мощность электродвигателя (таблица 1)

Uном – номинальной напряжение потребителя (таблица 1)

Cosφ – сосинус нагрузки потребителя, принимаем равным 0, 8

 

 

 

 

Согласно произведенных  расчетов принимаем сечение кабеля 6кВ равным 120 мм². к установке принимаем кабель с альминевой жилой с маслоканифольной изоляцией марки ААШВУ 3х120мм²  с Iдоп=190А

Проверка проводов по нагреву

 

 

 

 

 

Выбранное сечение по условию нагрева проходит, в дальнейших расчетах принимаем характеристики КЛ для данного сечение кабеля.

 

 

2 Расчет токов короткого замыкания

 

 

Так как в нормальном режиме все секционные выключатели  отключены расчет токов короткого  замыкания производим по одной ветке 

Составляем схему замещения.

 

Рисунок 2 – Схема замещения

 

Задаемся базисными  условиями:

Sб – принимаем равным 100МВА.

Среднее напряжение ступени  с точками

 

К-1, К-2 – 

 

К-3, К-4 – 

 

Базисный ток 

 

 (2.1)

 

Точки К-1,К-2    

 

Точки К-3,К-4    

 

Определяем относительные  сопротивления участков схемы, приведенные к базисной мощности в максимальном и минимальном режиме работы:

 

 

 

 

Сопротивление системы  до точки К-1

 

Максимальный режим:      (2.2)

 

Минимальный режим:        (2.3)

 

Сопротивление воздушной  ЛЭП 110 кВ – W1, W2:

 

 (2.4)

 

где Х₀ = 0,118 Ом/км – удельное сопротивление 1 км воздушной линии выполненной проводом АС 240/32.

Сопротивление трансформатора с расщепленной вторичной обмоткой Т1,Т2:

 

 (2.5)

 

  

 (2.6)

 

 

 (2.7)

 

 

 (2.8)

 

 

 

 

 

Сопротивление кабельной линии 6 кВ:

 

 (2.9)

 

где Х₀ = 0,076 Ом/км – удельное сопротивление 1 км кабельной линии выполненной кабелем ААШВУ 3х120мм² 

Находим приведенное  сопротивление до точек к.з:

Максимальный режим:

К1 Х_К1 = Х_С =0,037

К2 Х_К2 = Х_С + Х_ЛЭП = 0,037 + 0,054 = 0,091

К3 Х_К3 = Х_К2 + Х_ТВ + Х_ТН1/2 = 0,091 + 0,041 + 0,574/2= 0,419

К4 Х_К4 = Х_К3 + Х_КЛ  = 0,419 + 0,153 = 0,572

Минимальный режим:

К1 Х_К1 = Х_С =0,04

К2 Х_К2 = Х_С + Х_ЛЭП = 0,04 + 0,054 = 0,094

К3 Х_К3 = Х_К2 + Х_ТВ + Х_ТН1/2 = 0,094 + 0,041 + 0,574/2= 0,422

К4 Х_К4 = Х_К3 + Х_КЛ  = 0,422+ 0,153=0,575

Находим значения трехфазного и двухфазного токов к.з. для точек короткого замыкания К1-К4:

Трехфазный ток короткого  замыкания

	Максимальный режим		Минимальный режим:
К1		К1
К2		К2
К3		К3
К4		К4

 

Двухфазный ток к.з.:

 

	Максимальный режим		Минимальный режим:
К1	Ι(2) К2 = 11,75кА	К1	Ι(2) К2 = 10,88кА
К2	Ι(2) К2 = 4,78кА	К2	Ι(2) К2 = 4,63кА
К3	Ι(2) К3 = 19,06кА	К3	Ι(2) К3 = 18,92кА
К4	Ι(2) К4 = 13,96кА	К4	Ι(2) К4 = 13,89кА

 

 

 

3 Расчет уставок защит

 

 

3.1 Защита питающей линии электропередачи

 

ПУЭ [1] предусматривают  на одиночных линиях с односторонним  питанием от многофазных замыканий установку ступенчатых токовых защит. Для данного расчета предусматриваем установку двухступенчатой токовой защиты. Первая ступень – токовая отсечка мгновенного действия, а вторая – максимальная токовая защита МТЗ, согласованная по селективности с МТЗ трансформатора (Т1 для линии W1).

Для максимального и минимального режимов работы системы производим расчёт токов КЗ для двух точек на линии (в начале и в конце линии), за трансформатором. Данный расчет токов короткого замыкания произведен в разделе 2.

Токовая отсечка не защищает всю длину линии и не может  использоваться как основная защита. Однако, в частном случае, когда  защищаемая линия питает тупиковую подстанцию, отсечка может выполняться чувствительной при к.з. в любой точке линии. Для этого ток срабатывания отсечки отстраивается от тока к.з. за трансформатором Т1 приёмной подстанции.

Ток срабатывания токовой отсечки  выбирается по следующему условию:

 

 (3.1)

 

где k_н – коэффициент надежности, k_н=1,2÷1,3

I_к.макс – максимальное значение тока к.з. за трансформатором подстанции, кА

По условию отстройки  от броска намагничивающего тока силового трансформатора Т1:

 

 

 (3.2)

 

 (3.3)

 

 

Для дальнейших расчетов принимаем наибольшее значение – I_СЗ=26,29кА