Проектирование РЗиА системы промышленног электроснабжения

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное  учреждение высшего и

профессионального образования

«Пермский государственный технический университет»

Кафедра микропроцессорных средств  автоматизации

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине «Релейная защита и автоматика»

Тема «Проектирование РЗиА системы промышленног электроснабжения».

Вариант №21

 

 

 

 

 

Выполнил: студент гр. ЭС-08

Калугин В.Д.

Проверил: доцент

Ромодин А.В.

 

 

 

 

 

 

Пермь 2012

Аннотация

В ходе курсового  проектирования разработано инженерное решение проблемы осуществления  релейной защиты отходящих фидеров, вводных и межсекционных выключателей нагрузки подстанции 35/6 кВ, а также трансформаторов подстанции 35/6 кВ.

Согласно  заданию выполнены схемы защиты, управления силовых трансформаторов  ПС 35/6 кВ на микропроцессорных устройствах  серии «Сириус»

 

 

 

Оглавление

Введение…………………………………………………………………...5

Описание системы электроснабжения…………………………………..7

Определение типов защит……………………………………………......8

Релейная защита……………………………………………………..……9

Защита тупиковых КТП………………………………………………..9

Защита трансформаторов  собственных нужд……………………….10

Защита отходящих фидеров 10

Токовая отсечка без выдержки времени 11

Максимальная токовая защита 12

Пример расчета уставок  защиты для фидера №10 13

Защита понижающего трансформатора ПC 35/6 кВ ТМН-6300/35 15

Дифференциальная защита от междуфазных КЗ 16

Расчет уставок ДТЗ трансформатора 17

Выбор параметров первого участка тормозной характеристики 18

Выбор параметров второго участка тормозной характеристики 19

Выбор параметров третьего участка тормозной характеристики 19

Проверка чувствительности ДЗТ 20

Расчет параметров МТЗ трансформатора 21

МТЗ с пуском по напряжению……………………………………..21

Выбор уставок защиты от перегрузки 22

Газовая защита 23

Уставки газовой защиты 24

   Защита БСК………………………………………………………….…26

   Защита ввода 6 кВ……………………………………………………..27

      Расчет  уставок МТЗ выключателя 6 кВ…………………………….28

Автоматика энергосистемы 29

Требования к АПВ и расчет их параметров 29

            Автоматический ввод резерва………………………………………..31

    Заключение 33

Список использованной литературы 34

Приложение №1,2,3,4 35

Введение

Электрические машины и аппараты, линии электропередачи  и другие части электрических  установок и электрических сетей  постоянно находятся под напряжением  и обтекаются током, вызывающим их нагрев. Поэтому в процессе эксплуатации могут возникать повреждения, приводящие к коротким замыканиям (КЗ). Короткие замыкания возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов  проводов, ошибочных действий персонала (включения под напряжение заземленного оборудования, отключения разъединителей под нагрузкой) и других причин. В  большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым  отключением поврежденного участка  электрической установки или  сети при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита, которые действуют на отключение выключателей.

Основным  назначением релейной защиты является автоматическое отключение поврежденного  элемента от остальной, неповрежденной части системы при помощи выключателей. В проекте должны быть рассмотрены  основные мероприятия по проверке, ремонту и осмотру устройств  релейной защиты, требования к обслуживающему персоналу. Необходимо произвести расчет с учетом требований руководящих  указаний по релейной защите, так же надо произвести расчет с учетом требований руководящих указаний по релейной защите. Так же надо произвести описание принципа действия всех защит. Рассчитать токи короткого замыкания в местах установки защит. Необходимо привести подробный расчет каждого вида релейной защиты, выбрать установки токовых  реле и реле времени, заполнить спецификацию.

 

Задание

Для данной схемы электроснабжения объекта следует спроектировать и рассчитать устройства релейной защиты и автоматики (РЗиА) следующих элементов: трансформаторов подстанции (ПС), распределительных линий, высоковольтных асинхронных двигателей (АД), батарей статических конденсаторов (БСК), комплектных трансформаторных подстанций (КТП), воздушных линий, питающих ПС.

Проект необходимо выполнить в  следующем объёме:

– определить типы защит от возможных повреждений каждого из вышеперечисленных элементов схемы;

– наметить места установки защит и выбрать исполнение схемы каждой из защит;

– на основании данных по токам короткого замыкания рассчитать уставки срабатывания защит;

– выбрать типы реле для схемы РЗ и рассчитать их параметры для каждого типа защиты;

– составить карту селективности действия выбранных типов защит;

– выбрать защиту от понижения напряжения для электродвигателей при необходимости;

– выбрать тип и схему автоматики элемента схемы электроснабжения, дать обоснование выбранной схемы.

Релейную  защиту объектов СЭС необходимо выполнить  на микропроцессорных устройствах  производства СИРИУС.

 

Описание  системы электроснабжения

Описание ЭЭС

Данная подстанция содержит один трансформатор  ТМН 6300/35, следовательно, потребитель 3й  категории. Обмотка низкого напряжения трансформатора подключена к ячейке № 1 секции шин 6 кВ. Питание потребителей производится по четырем рабочим фидерам, два резервных, рассчитанных на расширение системы. Двигательная нагрузка отсутствует. Автоматического ввода резерва нет. На подстанции имеется компенсация реактивной мощности посредством БСК. 

К секциям шин 6 кВ подключены следующие потребители:

• ячейка № 5 – фидер № 5 – комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ;
• ячейка № 8 – фидер № 8 – комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ;
• ячейка № 10 – фидер № 10 – комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ;
• ячейка № 12 – фидер № 12 – комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ, ТСН №2 40кВА.

Суммарная мощность КТП, подключённых к секциям шин 6 кВ  составляет 2796 кВА.

• ячейка № 2 – измерительный трансформатор НАМИТ №1;
• ячейка № 9 – БСК;
• ячейка № 11 – измерительный трансформатор НАМИТ №2;
• ячейка № 3, ячейка № 4 – резервы.

 

Определение типов  защит

Защиту КТП 6/0,4 кВ выполним предохранителями ПКТ.

Защиту фидеров выполним посредстом АВ, включающих ТО и МТЗ.

Защиту ТМН выполним ДЗТ и  резервирующей ее МТЗ.

Защиту БСК- ТО и МТЗ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Релейная защита

Защита  трансформаторов КТП

Трансформаторы 6/0,4 кВ в сельских и городских  распределительных электрических  сетях мощностью до 0,63 МВА включительно, как правило, защищаются плавкими предохранителями на стороне 6 кВ .

По таблице (Приложение 1) выбираем предохранители, данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1

Мощность трансформатора, кВА	№ КТП	Количество трансформаторов, шт	Номинальный ток трансформатора, А	Номинальный ток плавкой вставки, А	Тип предохранителя
25	1802,1803, 1805,1809, 1001,1002, 1004,1008, 1009,1011, 1013,1003, 0809,0801, 0804,0803,	16	2,4	8	ПКТ 101-6-8-25УЗ
40	1005,0806, 0810,КС4, КС5	5	3,83	10	ПКТ 101-6-10-40УЗ
63	1811,1812, 1807,1804, 1801,1007, 1010,0808, 0802,кс1,кс5	11	6,05	16	ПКТ 101-6-16-40УЗ
100	1014,1015, 1810	3	9,6	20	ПКТ 101-6-20-20УЗ
160	1806,1808, 0807,кс2	4	15,4	32	ПКТ 101-6-32-20УЗ
250	1524,0501	2	24	50	ПКТ 101-6-50-20УЗ

 

Защита  трансформаторов собственных нужд

Трансформаторы  собственных нужд защитим предохранителями. По справочным таблицам (Приложение 1) выбираем предохранители, данные заносим  в таблицу 2.

Таблица 2

Трансформатор	Тип	Номинальный ток трансформатора, А	Номинальный ток плавкой вставки, А	Тип предохранителя
ТСН-1, ТСН-2	ТМ-40 кВА	3,83	10	ПКТ 101-6-10-40 У3

 

Защита  отходящих фидеров

Назначение и область применения:

Серия реле Сириус 2-МЛ является продуктом компании Тerra. В конструкции данной серии использованы последние разработки в области цифровых технологий для релейной защиты. Серия реле Cириус объединяет широкий диапазон устройств предназначенных для использования в качестве устройств релейной защиты автоматики и управления разнообразного оборудования энергосистем, такого как электродвигатели, генераторы, фидеры, воздушные линии электропередачи и кабельные линии.

Реле Сириус 2-МЛ разработаны с целью обеспечения большей функциональности в отношении релейной защиты, измерения и автоматики и управления в сети среднего напряжения.

Эти реле могут  быть использованы не только в электроустановках  потребителей и распределительной  сети среднего напряжения, но также  и в сети высокого и сверхвысокого  напряжения. Конструкция данных реле делает возможным различные варианты их применения: кабельная линия, воздушная  линия, электроустановки потребителей электроэнергии и т.п. Защиты от однофазных и междуфазных замыканий имеют  как мгновенные ступени так и ступени с выдержками времени. Первые, например, могут быть использованы в схемах защиты с использованием логической блокировки обеспечивающей меньшее время локализации повреждений. Вторые могут быть использованы как с независимыми так и с зависимыми от тока выдержками времени на срабатывание. Широкий набор зависимых характеристик позволяет легко адаптировать реле к существующим системам защиты независимо от того, реле какого типа были применены ранее.

 

              Функции:

• Трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ).
• Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) с пуском по току и напряжению нулевой последовательности.
• Автоматическое повторное включение.
• Выполнение команд автоматической частотной разгрузки и автоматического повторного включения по частоте.
• Ускорение МТЗ после АПВ.
• Регистрация аварий.
• Осциллограф.

 

Токовая отсечка без выдержки времени

 

Селективное действие первой ступени токовой  защиты достигается тем, что её ток  срабатывания принимается большим  максимального тока КЗ, проходящего  через защиту при повреждении  вне  защищаемого элемента. Действие защиты при КЗ на защищенном участке  обеспечивается благодаря тому, что  ток КЗ в сети, а следовательно, и в защите увеличивается по мере приближения места КЗ к источнику питания.

Расчетным током обычно является трехфазное КЗ на самом дальнем участке ветви. При этом

; (2)

; (3)

Выбираем наибольший ток из этих двух условий,

а ток срабатывания реле

; (4)

где k_н - коэффициент надежности; k_сх – коэффициент схемы, показывающий во сколько раз ток в реле больше, чем ток во вторичной обмотке трансформатора тока при нормальном симметричном режиме работы защищаемого элемента, при схемах включения реле на фазные токи (полная и неполная звезда) значение этого коэффициента  равно 1; k_тт– коэффициент трансформации трансформатора тока;

Результаты расчетов приведены в таблице №3.

Максимальная токовая защита.

 

Вторая  ступень токовой отсечки - максимальная токовая зашита (МТЗ), может выполняться  с независимой и ограниченно  зависимой характеристиками времени  срабатывания. И в том и в другом случае селективность защиты можно обеспечить, если время срабатывания МТЗ больше максимальной выдержки предыдущей ступени защиты на ступень селективности Δt = 0,3…0,5с.

При определении  тока необходимо учитывать возможность  увеличения тока в защищаемой линии  вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания. Ток обычно больше длительно существующего максимального рабочего тока I_раб.max, что учитывается коэффициентом самозапуска k_сзп. В связи с этим селективное действие защиты обеспечивается, если

;  (5)

или с учетом коэффициента отстройки k_н:

;  (6)

Коэффициент отстройки учитывает, например, погрешность  реле, неточности расчёта и принимается  равным k_н=1,1.

С учётом коэффициента возврата (k_в=0,95) получается следующее выражение для тока срабатывания защиты:

;                                          (7)

Указанную формулу нельзя применять для  фидера, питающего сосредоточенную  двигательную нагрузку. Для таких  фидеров необходимо стандартными методами определить общий пусковой ток и  подставить в формулу вместо .

Результаты расчетов приведены  в таблице №2.

Пример  расчета  уставок защиты для фидера №10

 

Токовая отсечка без выдержки времени:

По формуле  (2) и (3) рассчитаем