Курсовая работа (т): Расчёт уставок релейной защиты и автоматики

Расчёт уставок релейной защиты и автоматики

Министерство образования РФ

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 систем электроснабжения»

Пермь 2013

АННОТАЦИЯ

Данный курсовой проект посвящен расчёту уставок релейной защиты и автоматики на базе линейки микропроцессорных устройств релейной защиты MICOM производства компании «ALSTOM». На примере части электрической сети показан расчет уставок релейной защиты и селективности ее работы.

Основной задачей данного курсового проекта является закрепление теоретических знаний, полученных во время учебного процесса, практическими навыками расчёта релейной защиты и автоматики.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

КЗ - короткое замыкание;

КТП - комплектная трансформаторная подстанция;

НН - низкое напряжение;

ВН - высокое напряжение;

ВЛ - воздушная линия электропередачи;

ПУЭ - правила устройства электроустановок;

ЛЭП - линия электропередачи;

БСК - батарея статических конденсаторов;

МТЗ - максимальная токовая защита;

ТТ - трансформатор тока;

АПВ - автоматическое повторное включение;

ОЗЗ - однофазное замыкание на землю.

ВВЕДЕНИЕ

Обеспечение надежного электроснабжения потребителей является важной задачей электроэнергетики. Поскольку в системе энергоснабжения часто возникают отклонения от нормального режима работы вследствие коротких замыканий, необходимо защитить систему от выхода из строя. Наиболее простым решением данной проблемы являеться установка микропроцессорных средств РЗиА.

Микропроцессорные средства релейной защиты и автоматики постепенно вытесняют механические и полупроводниковые (статические) реле, так как обладают значительным рядом преимуществ. Они компактны, более точны, более чувствительны к колебаниям системы электроснабжения, а так же позволяют объединить в одном корпусе несколько видов защит.

Для данной схемы электроснабжения объекта следует спроектировать и рассчитать устройства РЗиА следующих элементов: трансформаторов ГПП, распределительных линий, СД и АД, батарей статических конденсаторов, трансформаторных подстанций, воздушных линий, питающих ГПП. Необходимо выполнить следующее:

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 измерительные трансформаторы тока и напряжения;

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;

приняв сопротивление энергосистемы на 10% меньше, проверить отходящие с ГПП подстанции линии и измерительные трансформаторы тока по условиям термической и электродинамической стойкости.

1. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

.1 Анализ особенностей энергосистемы

Анализ особенностей энергосистемы. Требования ПУЭ к выполнению основных и резервных защит ЛЭП. Выбор вариантов выполнения основной и резервных защит на базе современных терминалов микропроцессорных защит (Micom). Обоснование проектного (принятого) варианта. Технические данные основной и резервной защит ЛЭП, используемые при проектировании.

Энергосистема выполнена по смешанной радиально-магистральной схеме. Имеется узловая подстанция 35/6 кВ, по которой радиально отходят три фидера с присоединёнными к ним ВЛ. На каждой ВЛ присутствует ряд отпаек, которые заканчиваются тупиковыми трансформаторными подстанциями 6/0,4 кВ. От секций шин 6 кВ питаются четыре двигателя и четыре трансформатора собственных нужд, два из которых, ТСН-1 и ТСН-2, защищены предохранителями и в расчетах не учитываются.

От секции шин №1 питаются следующие потребители:

. Яч. 12 - Ф. №12 с подключенными к нему КТП.

. Яч.14 - электродвигатель №4 СТД-1600-2РУ4.

. Яч.18 - электродвигатель №3 СТД-1600-2РУ4.

. Яч. 20 - ТСН-4 ТМ 320 кВА.

От секции шин №2 питаються следующие потребители:

. Яч. 1 - ТСН-3 ТМ 320 кВА.

. Яч. 2 - Ф. №02 с подключенными к нему КТП.

. Яч. 3 - электродвигатель №2 СТД-1600-2РУ4.

. Яч. 7 - электродвигатель №1 СТД-1600-2РУ4.

. Яч. 9 - Ф. №09 с подключенными к нему КТП.

На стороне низкого напряжения установлен секционный выключатель СМВ-6 для осуществления резервирования питания секций шин 6 кВ (яч. 10, 11).

На ПС на ячейках №№ 1, 2, 9, 12, 20 устанавливаем МТЗ и ТО, а также АПВ, на ячейке №10 - МТЗ и АВР. Для двигателей устанавливаем защиту от перегруза и ТО. Также устанавливаем блокировку по минимальному напряжению. Защиту от замыканий на землю выполняем по напряжению нулевой последовательности для линий, питающих двигатели. На вводах 6 кВ подстанции устанавливаем АПВ, МТЗ. Для защиты трансформатора дополнительно к МТЗ устанавливаем ДЗТ и защиту от перегруза.

В таблице №1 представлены типы терминалов необходимые для комплексной защиты подстанции.

Таблица 1.1 - Типы терминалов релейной защиты «MICOM» выбранных для защиты присоединений

1.2 Требования ПУЭ к выполнению основных и резервных защит

На каждом из элементов электроустановки должна быть предусмотрена основная защита, предназначенная для ее действия при повреждениях в пределах всего защищаемого элемента со временем, меньшим, чем у других установленных на этом элементе защит.

Для действия при отказах защит или выключателей смежных элементов следует предусматривать резервную защиту, предназначенную для обеспечения дальнего резервного действия.

Оценка чувствительности основных типов релейных защит должна производиться при помощи коэффициента чувствительности определяемого:

для защит, реагирующих на величины, возрастающие в условиях повреждений, - как отношение расчетных значений этих величин (например, тока, или напряжения) при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к параметрам срабатывания защит;

для защит, реагирующих на величины, уменьшающиеся в условиях повреждений, - как отношение параметров срабатывания к расчетным значениям этих величин (например, напряжения или сопротивления) при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны.

Расчетные значения величин должны устанавливаться, исходя из наиболее неблагоприятных видов повреждения, но для реально возможного режима работы электрической системы.

При оценке чувствительности основных защит необходимо исходить из того, что должны обеспечиваться следующие наименьшие коэффициенты их чувствительности:

. Максимальные токовые защиты с пуском и без пуска напряжения, направленные и ненаправленные, а также токовые одноступенчатые направленные и ненаправленные защиты, включенные на составляющие обратной или нулевой последовательностей:

для органов тока и напряжения - около 1,5;

для органов направления мощности обратной и нулевой последовательности - около 2,0 по мощности и около 1,5 по току и напряжению;

для органа направления мощности, включенного на полные ток и напряжение, не нормируется по мощности и около 1,5 по току.

Для максимальных токовых защит трансформаторов с низшим напряжением 0,23-0,4 кВ минимальный коэффициент чувствительности может быть около 1,5.

. Ступенчатые защиты тока или тока и напряжения, направленные и ненаправленные, включенные на полные токи и напряжения или на составляющие нулевой последовательности:

для органов тока и напряжения ступени защиты, предназначенной для действия при КЗ в конце защищаемого участка, без учета резервного действия - около 1,5, а при наличии надежно действующей селективной резервной ступени - около 1,3; при наличии на противоположном конце линии отдельной защиты шин соответствующие коэффициенты чувствительности (около 1,5 и около 1,3) для ступени защиты нулевой последовательности допускается обеспечивать в режиме каскадного отключения;

для органов направления мощности нулевой и обратной последовательности - около 2,0 по мощности и около 1,5 по току и напряжению;

для органа направления мощности, включенного на полные ток и напряжение, не нормируется по мощности и около 1,5 по току.

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

Для линий в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Защиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

Защита должна быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствительности и надежности.

На одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая - в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена, как правило, с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности. Защита в первую очередь должна реагировать на установившиеся замыкания на землю; допускается также применение устройств, регистрирующих кратковременные замыкания, без обеспечения повторности действия.

На электродвигателях должна предусматриваться защита от многофазных замыканий, защита от однофазных замыканий на землю защита от токов перегрузки.

Согласно ПУЭ отходящие ВЛ должны быть защищены двухступенчатой токовой защитой: токовой отсечкой мгновенного действия и МТЗ. Защиты отходящих фидеров необходимо согласовать с вышестоящими защитами шин РУ 6 кВ и с релейной защитой трансформаторов. Необходимо выполнить принцип селективного срабатывания защит.

Исходя из проектного задания и требований ПУЭ, в качестве основных защит отходящих фидеров принимаем микропроцессорные блоки защиты производства Micom Р123.

Защита является трёхфазной и может работать как с независимой, так и с зависимой характеристикой выдержки по времени.

Коэффициент надёжности:

Коэффициент возврата:

Номинальный ток: (А) или 5 (А)

Диапазон измерений: 0,5 - 40

Ступень селективности:

Исходя из данных расчёта токов К.З., произведём расчёт и выбор уставок защит отходящих фидеров РУ 6 кВ по основным и резервным зонам защит. В основную зону защиты на каждом отходящем фидере попадает ВЛ 6 кВ, подключённая к данному фидеру, а также шины ВН КТП 6/0,4 кВ и её отпайкам. В резервную зону защит попадают шины НН КТП 6/0,4 кВ.

Так как на отходящих фидерах отсутствует двигательная нагрузка на высоком напряжении - примем коэффициент самозапуска  для всех фидеров.

Описание микропроцессорных защит MICOM.

В настоящее время большинство фирм производителей прекращают выпуск электромеханических реле и устройств и переходят на цифровую элементную базу.

Переход на новую элементную базу не приводит к изменению принципов релейной защиты и электроавтоматики, а только расширяет её функциональные возможности, упрощает эксплуатацию и снижает стоимость. Именно по этим причинам микропроцессорные реле очень быстро занимают место электромеханических и микроэлектронных.

Цифровые микропроцессорные комплексы РЗ являются интеллектуальными техническими средствами. Им присущи:

а) многофункциональность и малые размеры (одно цифровое измерительное реле заменяет десятки аналоговых);

б) дистанционные изменения и проверка уставок с пульта управления;

в) ускорение противоаварийных отключений и включений;

г) непрерывная самодиагностика и высокая надёжность;

д) регистрация и запоминание параметров аварийных режимов;

е) дистанционная передача оператору информации о состоянии и срабатываниях устройств РЗ;

ж) возможность вхождения в состав вышестоящих иерархических уровней автоматизированного управления;

з) отсутствие специального технического обслуживания - периодических проверок настройки и исправности.

Познакомившись с Micom P123 и SPAC801, приходим к выводу, что по набору защит они одинаковы, поэтому рассмотрим по дополнительным функциям:

Габаритные размеры у Micom P123, в 2 раза меньше SPAC801;P123 имеет 4-х строчный ЖКД, а SPAC801однострочный с тремя символам;P123 выражает реальные величины, а SPAC 801 - в относительных, требуется перерасчет;P123 регистрирует до 75 аварий и переходных процессов, SPAC801только 5 последних событий и срабатывает индикатор;

Различные функции терминала MICOM P123 можно связать между собой с помощью логических элементов, SPAC801 жестко забитая логика вывод защиты через диаграмму ключей, нет возможности логической связи.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что микропроцесорная защита MICOM P123, превосходит по некоторым функциональным параметрам. Также следует учесть тот факт, что персонал Березниковских электрических сетей ознакомлен с микропроцессорами фирмы «ALSTOM» - это и является главным критерием для их установки на подстанции.

Терминалы серии БМРЗ предназначены для выполнения функций защиты, местного и дистанционного управления, сигнализации, измерения и мониторинга (контроля) различных типов присоединений в сетях 6-35 кВ, на ПС высокого класса напряжения 110-500 кВ, а также в распределительных устройствах собственных нужд станций, в качестве основной или резервной защиты.

Измерение, регистрация, сигнализация блоками MICOM:

• измерение действующих значений токов и напряжений основной частоты (50±5 Гц);

• измерение действующих значений тока 3I0 в полосе частот от 45 до 1200 Гц;