Курсовая работа: Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

Приднестровский государственный университет

им. Т.Г. Шевченко

Инженерно-технический институт

направление 13.03.02 - «Электроэнергетика и электротехника»

кафедра «Электроэнергетики и электротехники»

дисциплина «Релейная защита и автоматика»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

«Релейная защита и автоматика систем электроснабжения»

Разработал

студент группы

ИТ17ВР62ЭС

А.С. Чарыков

Проверил

Профессор, д.т.н.,

М.В.Киорсак

Тирасполь 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

1 Расчёт токов короткого замыкания

1.1 Расчет тока короткого замыкания К1

1.2 Расчет тока короткого замыкания К2

1.3 Расчет тока короткого замыкания К3

1.4 Расчет тока короткого замыкания К4

1.5 Расчет тока короткого замыкания К5

1.6 Расчет тока короткого замыкания К6

2 Выбор плавких вставки предохранителей для защиты электродвигателей

2.1 Расчет тока плавкой вставки предохранителя электродвигателя 1

2.2 Расчет тока плавкой вставки предохранителя, питающей группу электроприемников (FU2)

2.3 Расчет тока плавкой вставки предохранителя для Т4 на стороне ВН

3 Выбор уставок автоматов

3.1 Расчет тока уставки для защиты электродвигателя 1

3.2 Расчет тока уставки для защиты группы электроприемников

3.3 Расчет тока уставки для защиты трансформатора на стороне 0,4 кВ

4 Проверка чувствительности предохранителя

5 Проверка чувствительности автоматов

6 Время срабатывания предохранителя и автомата

7 Проверка селективности между элементами релейной защиты

8 Защита высоковольтного двигателя напряжением 35 кВ

8.1 Защита двигателя при междуфазных КЗ в обмотке статора и на её выводах

8.2 Защита при замыкании на землю обмотки статора

8.3 Защита двигателя при перегрузке

8.4 Защита двигателя при понижения напряжения

8.5 Проверка трансформаторов тока на 10% погрешность

9 Расчёт защиты цехового трансформатора

9.1 Защита трансформатора при междуфазных КЗ в обмотках и на их выводах

9.2 Защита при внешних КЗ

9.3 Защита трансформатора от перегрузки

9.4 Защита от витковых замыканий в обмотках и от понижения уровня масла в баке

10 Расчет релейной защиты кабельных линий 35 кВ

10.1 Расчёт токовой отсечки

10.2 Расчёт МТЗ линии 35 кВ

10.3 Защита от замыкания на землю линии 35 кВ

11 Расчет релейной защиты воздушных линий 110 кВ

11.1 Расчёт токовой отсечки

11.2 Расчёт МТЗ

11.3 Защита от замыкания на землю линии 110 кВ

12 Расчёт защиты трансформаторов ГПП

12.1 Защита при междуфазных КЗ в обмотках трансформатора и на их выводах

12.2 Защита от внешних коротких замыканий

12.3 Защита от перегрузки, понижении уровня масла в баке и внутреннем повреждении

13 Расчет АВР секционного выключателя

14 Электрические принципиальные схемы

Заключение

Список литературы

ЗАДАНИЕ

Задание 1:

Разработать защиту от всех видов повреждения для трансформаторов Т1 и Т2 и защиту линий Л1 и Л2. Работу выполнить в следующем объеме:

1. Рассчитать токи КЗ в объеме, необходимом для выбора уставок и проверки чувствительности.

2. Выбрать места установки и типы релейной защиты.

3. Выбрать типы трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и коэффициент трансформации.

4. Определить уставки защит, выбрать типы реле и проверить чувствительность защит.

5. Выбрать плавкие вставки предохранителей и уставки автоматов.

6. Определить выдержки времени защит от двигателя до шин ГПП.

7. Составить принципиальные схемы выбранных защит.

8. Определить селективность действия защит.

9. Защиту линий и трансформаторов выполнить на переменном оперативном токе.

Работу выполнить в следующем объёме:

1. Рассчитать токи КЗ.

2. Выбрать типы трансформаторов тока и их коэффициенты трансформации.

3. Выбрать тип защиты, тип реле и определить уставки и чувствительность защиты.

4. Составить и вычертить принципиальную трёхлинейную схему защиты.

Задание 2:

Разработать автоматическое включение резерва (АВР) секционного выключателя Q10 на переменном оперативном токе.

1. Составить принципиальную схему АВР.

2. Выбрать уставки устройства АВР.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ЗАДАНИЯ

Вариант 10

Таблица 1

Параметры линий

Таблица 2

Параметры системы

Таблица 3

Параметры трансформаторов

Таблица 4

Данные асинхронных двигателей

Таблица 5

Данные высоковольтного двигателя

Введение

Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами, все элементы которых учувствуют в едином производственном процессе. Особенностями являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений. Поэтому надежная экономичная эксплуатация СЭС возможна только при автоматическом управлении ими. Для этой цели используют комплект автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики Рост потребления электроэнергии и усложнение систем электроснабжения требуют постоянного совершенствования устройств управления и контроля. Широко применяются устройства зашиты и автоматики, такие как: плавкие предохранители, автоматические выключатели, магнитные мускатели, реле прямого действия, устройства постоянного и переменного тока.

При работе электроснабжения возникают ненормальные режимы ее работы, к ним относятся режимы коротких замыканий, перегрузки, понижения напряжения, номинальной частоты и др.

Повреждения и ненормальные режимы должны быстро ликвидироваться и это выполняется автоматическими устройствами РЗиА.

К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования: селективность, быстродействие, чувствительность и надежность, которые будут рассматриваться в курсовой работе.

В данной курсовой работе производится расчет токов короткого замыкания в различных точках сети электроснабжения для выбора уставок релейной защиты и проверки чувствительности: на стороне высокого напряжения трансформаторов Т1 И Т2 ГПП (к1); на шинах низкого напряжения трансформаторов Т1 и Т2 ГПП (к2); на шинах высокого напряжения цеховых трансформаторов Т3 и Т4(к3); на шинах низкого напряжения цеховых трансформаторов Т3 и Т4 ГПП(к4); на шинах ШР, питающих двигатели напряжением 0,4 кВ (к5); на двигателе 0,4 кВ (к6).

Далее выбираются трансформаторы тока и напряжения, определяются уставки защит, типы реле и происходит проверка чувствительности защит. Следующим шагом происходит выбор плавких вставок предохранителей и уставок автоматов, защищающих группу двигателей 0,4 кВ.

Затем определяются выдержки времени защит от двигателей до шин ГПП, составляются принципиальные схемы выбранных защит и определяется селективность действия этих защит.

электроснабжение релейная защита трансформатор двигатель

1 Расчёт токов короткого замыкания

Рисунок 1.1. Схема замещения электрической сети

Рисунок 1.2. Схема замещения.

Расчет параметров элементов расчетной сети по участкам схемы (рисунок 1.1).

Выполнен расчет параметров линии Л1, Л2.

,

где

номинальная мощность трансформатора,

,

Сечение провода линии выбран по экономической плотности тока для алюминиевых проводов при [4].

Выбран провод 2 х АС-240/32 с удельным активным сопротивлением реактивным сопротивлением .

Расчет параметров линий Л3, Л4

К линии Л3 подключен трансформатор мощностью 1600 кВА напряжением 35 кВ и три двигателя мощностью 1600 кВт напряжением 35 кВ.

Ток в линии Л3 определяется по формуле:

Сечение кабеля выбрано по экономической плотности тока для кабеля с алюминиевыми жилами при ч. [4].

Выбран кабель ААБУ-10 (3Ч120).

Удельное активное сопротивление линии равно . Удельное реактивное сопротивление .

Рассчитываются токи короткого замыкания в относительных единицах.

Принимается базисная мощность .

Рассчитывается сопротивления схемы замещения. ЭДС системы; ЭДС двигателей

Сопротивления системы:

Реактивное сопротивление: ,

- номинальная мощность системы

Сопротивления линий Л₁, Л₂:

Реактивное сопротивление: ,

где

- реактивное сопротивление линии;

- длина линии

Сопротивление линий Л₃, Л₄:

Реактивное сопротивление: ,

где

- реактивное сопротивление линии;

- длина линии

Сопротивления двигателей:

Реактивное сопротивление: ,

где

- номинальная мощность двигателя, МВА:

- относительное переходное сопротивление двигателя

Сопротивления трансформаторов Т1, Т2:

Реактивное сопротивление:

Сопротивления трансформаторов Т3, Т4:

Реактивное сопротивление:

Активное сопротивление:

1.1 Расчет тока короткого замыкания К1

Соединяем параллельно двигатели М6, М7, М8.

Соединяем последовательно и линию Л3.

Соединяем последовательно и трансформатор Т1.

Соединяем последовательно ,

Эквивалентное сопротивление в точке К1:

Эквивалентное ЭДС в точке К1:

Базисный ток в точке К1:

Трехфазный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания:

где

кА

Двухфазный ток короткого замыкания

1.2 Расчет тока короткого замыкания К2

Соединяем последовательно x сети, Л1, Т1.

Соединяем параллельно двигатели М6, М7, М8.

Соединяем последовательно и линию Л3.

Эквивалентное сопротивление в точке К2:

Эквивалентное ЭДС в точке К2:

Базисный ток в точке К2:

Трехфазный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания:

где

кА

Двухфазный ток короткого замыкания

1.3 Расчет тока короткого замыкания К3

Соединяем параллельно двигатели М6, М7, М8.

Соединим последовательно сопротивления сети Л1, Т1, Л3.

Эквивалентное сопротивление в точке К3:

Эквивалентное ЭДС в точке К3:

Трехфазный ток короткого замыкания

Ударный ток короткого замыкания:

где

кА

Двухфазный ток короткого замыкания

1.4 Расчет тока короткого замыкания К4

Сопротивление в именованных единицах

Трехфазный ток короткого замыкания

кА

Двухфазный ток короткого замыкания

1.5 Расчет тока короткого замыкания К5

Определение параметров линии Л5:

Сечение выбираю по экономической плотности тока .

Между точками 5-6, 8-9, 12-13 выбраны алюминиевые шины прямоугольного сечения 15х3 мм c I_доп=165 А, удельное активное сопротивление r_уд=0,009 Ом/м. Тип шин ШРА-4 15х3/45 мм².

Активное сопротивление между точками:

5-6:

8-9:

12-13:

На участке 11-12 выбран кабель ААШВ (3х25+1х16) с I_доп =70 А, r_уд=0,549 мОм/м.

11-12:

кА

Двухфазный ток короткого замыкания

1.6 Расчет тока короткого замыкания К6

Для двигателя М1 принимаем провод марки АПВ (4х10).

I_доп=71 А, r_уд=0,27 мОм/м

Для двигателей М1, М3, М4, М5, принимаем провод марки АПВ (4х4).