Расчет параметров электрической сети

1. Задание

Рис. 1.1. Расчетная схема сети Таблица 1.1 Параметры элементов системы

2. Расчет токов короткого замыкания

Режим максимальных нагрузок

Расчет тока КЗ проведем в относительных единицах. Зададимся базисной мощностью и напряжением, рассчитаем базисный ток:

Схема замещения расчетной сети будет иметь вид, представленный на рисунке 2.1.

Рис.2.1. Расчетная схема замещения (режим максимальных нагрузок)

Преобразуем треугольник в звезду (рис. 2.2):

Рис. 2.2. Расчетная схема замещения (режим максимальных нагрузок)

Рис.2.3. Эквивалентирование схемы замещения (режим максимальных нагрузок)

Режим минимальных нагрузок

Схема замещения расчетной сети будет иметь вид, представленный на рисунке 2.4.

Рис.2.4. Расчетная схема замещения (режим минимальных нагрузок)

Рис. 2.5. Эквивалентирование схемы замещения (режим минимальных нагрузок)

Полученные значения токов короткого замыкания представляем в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Токи короткого замыкания, кА, при КЗ в точках К₁ — К₆

3. Проектирование защиты линии

Для защиты линии Л₅ выбираем трехступенчатую токовую защиту, которая устанавливается со стороны питания. Первая ступень — токовая отсечка без выдержки времени, вторая ступень — токовая отсечка (ТО) с выдержкой времени; третья ступень — максимальная токовая защита (МТЗ).

Первая ступень токовой защиты линии с односторонним питанием — токовая отсечка (ТО) мгновенного действия. Ток срабатывания первой ступени отстраивается от максимального значения тока трёхфазного КЗ в конце линии:

где — коэффициент отстройки, учитывающий неточности расчета токов КЗ, погрешности трансформатора тока и т. д.

Зона, защищённая отсечкой, определяется по кривым спадания токов КЗ (рис. 4.1) в максимальном и минимальном режимах. Для построения плавной кривой изменения тока КЗ вдоль линии Л₅ из предыдущих расчетов имеем токи КЗ на расстоянии 0; 0,25; 0,5; 0,75; 1. Отсечка считается эффективной, если она защищает не менее 18 — 20% длины линии.

Рис. 3.1. Кривая спадания токов КЗ по линии Л₅

Из рис. 4.1 видно, что токовая отсечка защищает 50% длины линии. Теперь для выбора трансформаторов тока, исходя из величины нагрузки Н₄, найдем рабочий ток линии:

.

Выбираем трансформатор тока ТЛК-35 с коэффициентом трансформации 300/5 = 60. Тогда ток срабатывания реле:

где — коэффициент схемы для схем соединений ТТ в звезду.

Вторая ступень токовой защиты линии с односторонним питанием — токовая отсечка (ТО) с выдержкой времени. В объеме расчетно-графической работы не рассчитываем.

Третья ступень токовой защиты линии с односторонним питанием — максимальнотоковая защита (МТЗ) с выдержкой времени.

Чувствительность МТЗ проверяем при металлическом двухфазном КЗ в минимальном режиме работы системы:

.

Т.к. получили расчетный коэффициент чувствительности защиты равным 0,925, то чувствительность МТЗ обеспечена.

Выдержку времени защиты тупиковой линии принимаем 0,5 с.

сеть схема ток замыкание

Рис. 3.2. Схема зашиты линии

4. Проектирование защиты силового трансформатора

Для защиты трансформаторов Т₁ и Т₂ выбираем продольную дифференциальную защиту, защиту от сверхтоков внешних междуфазных КЗ и защиту от перегрузки. Последние две защиты устанавливаются со стороны питания. Также устанавливаем газовую защиту, выполненную с помощью специальных газовых реле.

Продольная дифференциальная защита

Номинальные токи обмоток трансформатора:

Выбираем трансформаторы тока и схемы их соединения. Первая группа ТА соединяется в треугольник, их коэффициент трансформации:

Вторая группа ТА соединяется в звезду, их коэффициент трансформации:

По полученным данным выбираем ТТ для высшей стороны: ТФЗМ110Б-1 с коэффициентом трансформации 400/5, для низшей стороны ТЛК-35 с коэффициентом трансформации 600/5.

Токи в плечах защиты, соответствующие номинальной мощности защищаемого трансформатора:

Т.к. ток больше тока, то сторону низшего напряжения трансформатора принимаем основной.

Первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса при внешних КЗ:

Первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания (трансформатор с РПН):

Принимаем первичный ток срабатывания защиты .

Вторичный ток срабатывания защиты (приводится к основной стороне):

Число витков реле РНТ на основной стороне:

Принимаем ближайшее меньшее целое число витков дифференциальной обмотки .

Фактическое значение тока срабатывания:

Расчетное число витков со стороны с меньшим вторичным током (неосновной) исходя из равенства МДС сторон:

Принимаем ближайшее целое .

Число витков уравнительной обмотки:

Составляющая небаланса, вызванная неравенством расчетного и фактического числа витков неосновной стороны:

Суммарный расчетный ток небаланса с учетом составляющей :

Первичный ток срабатывания защиты:

Вторичный ток срабатывания защиты (приводится к основной стороне):

.

Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ на стороне НН:

.

Достаточный коэффициент чувствительности обеспечен.

Защита от сверхтоков внешних междуфазных КЗ

Проектируем в качестве защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ МТЗ. Предусматриваем один комплект защиты, устанавливаемый со стороны питания.

Ток срабатывания защиты определяется по следующей формуле:

где — коэффициент отстройки;

— коэффициент самозапуска двигателей нагрузки;

— коэффициент возврата;

— максимальный ток нагрузки, от которого необходимо отстроить защиту, обычно определяется из условия возможной перегрузки в 140% одного из двух параллельно работающих трансформаторов.

Коэффициент самозапуска нагрузки:

Где ,

.

Ток срабатывания защиты:

Ток срабатывания реле:

Выдержку времени выбираем по условию селективности

.

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ включенной на ток одной фазы. Комплект защиты устанавливается со стороны питания.

Ток срабатывания защиты:

где — коэффициент отстройки, учитывающий погрешность в значении тока срабатывания.

Ток срабатывания реле:

Время срабатывания защиты по условию селективности: .

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, имеющих расширители. Как правило, применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах мощностью 6,3 МВ•А и более. Электрическая дуга, возникающая при повреждении внутри трансформатора, разлагает масло и изоляционные материалы, что приводит к образованию летучих газов. Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель, который является самой высокой частью трансформатора и имеет сообщение с атмосферой. При интенсивном газообразовании, имеющем место при значительных повреждениях, бурно расширяющиеся газы создают сильное давление, под влиянием которого масло в кожухе трансформатора приходит в движение, перемещаясь в сторону расширителя.

Общий принцип действия газового реле следующий: кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают самое верхнее положение, возможное по условиям их крепления на оси. При этом положении поплавков контакты реле разомкнуты. При образовании газа он поднимется к расширителю трансформатора. Проходя через реле, пузырьки газа заполняют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время, зависящее от интенсивности газообразования, поплавок достигает такого положения, при котором его контакт замыкается.

Рис. 4.1. Схема защиты трансформатора. Рис. 4.2. Оперативные цепи защиты трансформатора.

5. Выбор типов реле

Для линии Л₅:

— РТ-40/20;

— ЭВ-112;

— РП-23;

— РУ-21/0,075.

Для трансформатора Т₁:

Для защиты трансформатора выбираем продольную дифференциальную защиту на реле РНТ-565.

Для защиты от сверхтоков внешних междуфазных КЗ:

— РТ-40/10;

— ЭВ-122;

— РП-23;

— РУ-21/0,05.

Для защиты от перегрузок:

— РТ-40/6;

— ЭВ-122;

— РП-23;

— РУ-21/0,05.

В качестве газового примем реле типа ПГЗ-61.

Методические указания по курсовому проектированию по курсу «Релейная защита и автоматизация энерггсистем» для студентов специальности 0301, 0302, 0303 Глинский Е. В., Романюк Ф. А., Тишечкин А. А. — Минск; БНТУ, 2007.

Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. — 4-е изд. Неклепаев Б. Н., Крючков. И.П. — М.: Энергоатомиздат, 1989.