Курсовая работа (т): Проект устройств релейной защиты и автоматики электрооборудования трансформаторных подстанций

Проект устройств релейной защиты и автоматики электрооборудования трансформаторных подстанций

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Кафедра микропроцессорных средств автоматизации

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: Релейная защита и автоматика

Тема:

Проект устройств релейной защиты и автоматики трансформаторных подстанций

Пермь 2014 г.

АННОТАЦИЯ

В данном курсовом проекте произведен анализ существующей системы электроснабжения подстанции 110/35/6 кВ и разработано инженерное решение по осуществлению релейной защиты отходящих ячеек, вводных и межсекционных выключателей нагрузки подстанции, а также трансформаторов подстанции 110/35/6 кВ и питающих комплектных трансформаторных подстанций.

Согласно заданию выполнены схемы защиты, управления силовых трансформаторов ПС 110/35/6 кВ на микропроцессорных устройствах серии «БРМЗ» от компании «Механотроника».

Курсовой проект содержит пояснительную записку на 45 страницах, 13 таблиц, 3 листа приложения. В процессе выполнения курсового проекта необходимо спроектировать и рассчитать устройства РЗиА.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

.1 Защита отходящих ячеек

.2 Токовая отсечка без выдержки времени

.3 Токовая отсечка с выдержкой времени

.4 Максимальная токовая защита

. Защита Трансформаторов КТП

. ЗАЩИТА АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

.1 Защита от междуфазных замыканий

.2 Защита от перегрузки

.3 Защита от замыканий на землю обмотки статора

.4 Защита минимального напряжения

. ЗАЩИТА СЕКЦИОННОГО ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ СМВ-6 КВ

. ЗАЩИТА ВВОДОВ 6 КВ

. ЗАЩИТА ПС 35/6 КВ

.1 Защита силовых трансформаторов ПС 35/6 кВ

.2 Дифференциальная токовая защита трансформатора

6.2.1 Максимальная токовая защита

.2.2 Защита от перегрузки

6.2.3 Газовая защита

.3 Защита трансформаторов собственных нужд ПС 110/35/6

. АВТОМАТИКА ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

.1 Автоматическое повторное включение (АПВ)

.2 Автоматическое включение резерва (АВР)

.2.1 АВР на СМВ-6кВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ВВЕДЕНИЕ

Электрическое оборудование, 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 описание принципа действия всех защит.

Это необходимо, чтобы выполнялись основные требования релейной защиты: быстродействие, селективность, чувствительность и надежность.

Применение современных устройств РЗиА и точность выбранных уставок релейной защиты и автоматики приведет к повышению надежности бесперебойного электроснабжения. А своевременное отключение поврежденного электрооборудования и предупреждение нарушений нормального режима работы к повышению качества электроэнергии.

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Для данной схемы электроснабжения объекта следует спроектировать и рассчитать устройства РЗиА следующих элементов: трансформаторов подстанции ПС, распределительных линий, АД, 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 РЗ;

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 БМРЗ.

ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Принципиальная однолинейная схема системы электроснабжения ПС 110/35/6 кВ приведена на схемах.

Питание ПС осуществляется по двум воздушным линиям электропередач 110 кВ (Цепь 1 и Цепь 2), которые постоянно находятся под рабочим напряжением. На ПС 110/35/6 установлены силовые трансформаторы ТДТН-10000/110/35/6. Трансформаторы питаются с разных шин 110 кВ. Трансформатор ТДТН-10000/110/35/6 трехфазный масляный с естественной циркуляцией воздуха и масла, мощностью 10000 кВА с регулированием напряжения под нагрузкой. Также на ПС установлены трансформаторы собственных нужд ТСН - 1 и ТСН - 2 мощностью по 100 кВА, подключенных через плавкие предохранители.

Обмотки низкого напряжения 6 кВ трансформаторов подключены к ячейкам №06 и №17 секции шин 6 кВ.

Обмотки среднего напряжения 35 кВ трансформаторов посредством шинных мостов питают ячейку №351 и ячейку №352, которые являются резервными.

С трансформаторов ПС питаются две секции шин 6 кВ, с возможностью секционирования, от которых запитано 12 ячеек. (Подробности ниже).

Питание потребителей и комплектных трансформаторных подстанций 6/0,4 кВ осуществляется по стороне 6 кВ.

К секции шины №1 - 6кВ ПС подключены следующие потребители:

·    ячейка №02 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-0201, КТП-0202. Суммарная мощность КТП на данном фидере составляет 200 кВА.

·        ячейка №3 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-0301, КТП-0302. Суммарная мощность КТП на данном фидере составляет 500 кВА.

·        ячейка №4 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-0401, КТП-0402, буровая установка БУ 2500ЭП. Суммарная мощность равна 2500 кВА.

·        ячейка №5 - электродвигатель ЭД мощностью 500 кВт.

·        ячейка №8 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-0801, КТП-0802, КТП-0803, КТП-0804 , КТП-0805, КТП-0806. Суммарная мощность КТП на данном фидере составляет 1260 кВА.

·        ячейка №9 - комплектная трансформаторная подстанция 6/0,4 кВ: КТП-0901 мощностью 630 кВА.

·        ячейка №10 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-1001, КТП-1010, КТП-1011, КТП-1002, КТП-1003, КТП-1004, КТП-1005, КТП-1006, КТП-1007, КТП-1008, КТП-1009, буровая установка БУ 2500ЭП. Суммарная мощность равна 4136 кВА.

Суммарная мощность КТП, подключённых к секции шины №1 - 6 кВ ПС составляет 9226 кВА.

К секции шины №2 - 6кВ ПС подключены следующие потребители:

·    ячейка №13 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-1301, КТП-1302, КТП-1303, КТП-1304, КТП-1305, буровая установка БУ 2500ЭП. Суммарная мощность равна 3010 кВА.

·        ячейка №14 - комплексная трансформаторная подстанция КТП-1401 мощностью 630 кВА.

·        ячейка №15 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-1501, КТП-1502, КТП-1503, КТП-1504, КТП-1505, КТП-1506, КТП-1507, КТП-1508.

Суммарная мощность КТП равна 1610 кВА.

·    ячейка №18 - электродвигатель ЭД мощностью 500 кВт.

·        ячейка №19 - комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ: КТП-1901, КТП-1902. Суммарная мощность КТП на данном фидере составляет 200 кВА.

Суммарная мощность КТП, подключённых к секции шины №2 - 6кВ ПС составляет 5450 кВА.

Ячейки №20, №21 - резервные.

На ячейках №7 и №16 установлены измерительные трансформаторы НАМИ-10 кВ, защищенные предохранителями серии ПКТ. Все линии, кроме отходящей от ячейки №2 и ячейки №19, являются воздушными.

На отходящих ячейках устанавливаем МТЗ и ТО, а также АПВ. На вводах 6 кВ подстанции устанавливаем АПВ, МТЗ. На секционном выключателе СМВ 6кВ устанавливаем МТЗ и АВР.

Для защиты трансформатора дополнительно к МТЗ применим ДЗТ, защиту от перегрузки, газовую и дуговую защиты, выполненные на базе БМРЗ.

1. Релейная защита

.1 Защита отходящих ячеек

Отходящие линии питают несколько КТП различной мощности. Общая характеристика (Тупиковая ВЛ 6-10 кВ с ответвлениями): обычно протяжённая воздушная линия с несколькими ответвлениями, токи короткого замыкания в конце линии сильно уменьшаются, ток замыкания на землю в сети небольшой, трансформаторы отпаек защищены предохранителями ПКТ, компенсация тока замыкания на землю отсутствует.

Требования к релейной защите и автоматике: трехступенчатая токовая защита, установленная в двух фазах. Третья ступень с независимой характеристикой. Защита от замыканий на землю выполняется только в случае выполнения кабельного выхода, тип защиты простая токовая, желательно с фильтром третьей гармоники. Обязательно применение двукратного или однократного АПВ.

Для защиты отходящих ячеек на КТП применим Блок релейной защиты БМРЗ-ВЛ для сетей 6(10)-35 кВ.

Назначение и область применения:

Многофункциональный микропроцессорный блок релейной защиты БМРЗ является современным цифровым устройством защиты, управления и противоаварийной автоматики и представляет собой комбинированный многофункциональный прибор, объединяющий различные функции защиты контроля управления и сигнализации.

Предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации присоединений 6 - 35 кВ; воздушных и кабельных линий электропередачи, секционных и вводных выключателей распределительных подстанций, шкафов секционирования, трансформаторов мощностью до 6,3 МВА, асинхронных двигателей мощностью до 4 МВт.

БМРЗ устанавливаются в релейных отсеках КРУ и КРУН, на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций, в том числе атомных, и подстанций 6-10 кВ. Областью применения являются также подстанции электроприводных и газотурбинных компрессорных станций, подземных хранилищ газа, дожимных компрессорных станций, промыслов, нефтеперекачивающих станций и других объектов газовой и нефтяной промышленности.

Функции защит БМРЗ:

·    Трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) с пуском по напряжению.

·        Направленная защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ).

·        Защита от несимметрии и обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ).

·        Определение места повреждения (ОМП).

·        Логическая защита шин (ЛЗШ).

·        Резервирование отказов выключателя (УРОВ).

·        Двукратное автоматическое повторное включение (АПВ).

·        Выполнение команд от внешних защит и автоматики.

·        Сигнализация, измерение и контроль.

1.2 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.

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

Рассчитаем ТО ячейки №15:

1)      Ток срабатывания защиты :

 (1)

где  - коэффициент надежности, учитывает возможную погрешность в величине тока возврата реле;

- максимальное значение тока трехфазного короткого замыкания в самой удаленной точке линии. В данном случае точка К73.

2) При расчете токовой отсечки ЛЭП, по которой питается несколько трансформаторов, чтобы обеспечить несрабатывание ТО при КЗ за каждым из трансформаторов нужно дополнительно проверить надёжность несрабатывания ТО от суммарного значения броска тока намагничивания всех трансформаторов, подключённых защищаемой ЛЭП.

Условие отстройки ТО от бросков тока намагничивания трансформаторов имеет вид (2):

Выбираем наибольший ток из этих двух условий.

Получилось, что  принимаем .

) Коэффициент чувствительности защиты:

 (3)

где - ток двухфазного короткого замыкания в точке К6, А.

Для токовых отсечек без выдержки времени, устанавливаемых на линиях электропередачи и выполняющих функции резервных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки отсечки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.

) Ток срабатывания реле:

 (4)

где -коэффициент схемы ТТ (- при соединении вторичных обмоток ТТ треугольником и - при соединении обмоток звездой),

 - коэффициент трансформации трансформатора тока.

5) Длина защищаемого участка:

 (5)

Применение ТО эффективно, т.к. её зона охватывает более 20% от длины линии.

где  - сопротивление линии

1.3 Токовая отсечка с выдержкой времени

Недостатком токовой отсечки мгновенного действия является то, что она защищает только часть ЛЭП. Чтобы выполнить защиту всей линии с минимальным временем действия, применяется отсечка с выдержкой времени. Время действия такой отсечки согласуется с временем действия мгновенной отсечки так, чтобы была обеспечена селективность.

Для выполнения этих условий время действия защиты токовой отсечки с выдержкой времени выбирается на ступень Δt больше токовой отсечки мгновенного действия.

Рассчитаем ТО с выдержкой времени ячейки №15:

1)     

Где  = 3385 А - ток трехфазного К.З. в точке К74.

)        Ток срабатывания защиты :