Релейная защита трансформатора и двигателя

Введение

 

В процессе эксплуатации любой электрической системы существует возможность возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы, которые могут приводить к возникновению аварий. Предотвращение возникновения аварий или их развития при повреждении в электрической системе часто может быть обеспечено путём быстрого отключения поврежденного элемента. Отключение осуществляется коммутационным аппаратом — обычно высоковольтным выключателем, На привод которого воздействует релейная защита.

Релейная защита — автоматическое устройство, контролирующее режим работы электроустановки, действующее на отключение поврежденного элемента при возникновении аварийного режима или на сигнал для привлечения внимания персонала при ненормальном режиме. При нормальной работе защищаемого объекта защита находится в режиме дежурства, а при появлении в защищаемой зоне тех видов повреждений, на которые защита должна реагировать, отключая выключатель, она переходит в режим тревоги. Последний может закончиться срабатыванием защиты или отказом срабатывания. Срабатывание защиты при отсутствии повреждения на защищаемом объекте называется ложным срабатыванием. Основные требования к защитам характеризуются ниже.

Селективность (избирательность) защиты — способность отключать только поврежденный элемент электроустановки и не отключать неповрежденные. Селективность защиты обеспечивает отключение минимального возможного участка и, следовательно, сохраняет электроснабжение максимального числа потребителей. Селективность защиты, действующей на сигнал — это способность однозначно указать место возникновения ненормального режима и конкретный элемент электроустановки, требующий вмешательства персонала. 
Селективность защиты может обеспечиваться различными способами: настройкой защит на разные токи срабатывания; применение защит, действующих с разными выдержками времени; учетом направления мощности в сетях с двусторонним питанием.

В ряде случаев допускается неселективное действие защиты с целью упрощения защиты или ускорения ликвидации повреждения. 
Быстродействие релейной защиты определяется временем ее срабатывания. Чем меньше время отключения поврежденного элемента, тем меньше размеры разрушения защищаемого элемента, меньше продолжительность снижения напряжения, отрицательно влияющая на производственные процессы или условия безопасности производства работ (снижение напряжения, например, в линиях питания устройств СЦБ может привести к неверному сигналу светофоров, что связано с безопасностью движения поездов). Защиты, время действия которых не превышает 0,1...0,2 с считаются быстродействующими.

 

 

Быстродействие и селективность защиты могут вступать в противоречие, если селективность обеспечивается за счет выдержек времени защит.

Чувствительность — способность защиты реагировать на повреждения в защищаемой зоне при самых неблагоприятных для ее работы условиях. Чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности, применительно к токовым защитам. Коэффициент чувствительности для различных элементов системы, защищаемых релейной защитой, колеблется в пределах 1,5...2,5.

Надежность защиты — это способность выполнять возложенные на нее функции в полном объеме при определенных условиях эксплуатации. Для обеспечения требуемой надежности необходимо высокое качество монтажа защиты из высококачественных реле и приборов, правильная эксплуатация и своевременный ремонт аппаратуры. Для выявления повреждений и нарушений в работе защиты применяется диагностирование, позволяющее выявить неисправности, способные привести к отказу или ложному срабатыванию релейной защиты.

Резервирование защиты заключается в том, что, как правило, на каждом элементе системы электроснабжения устанавливают основную и резервную защиты. Резервная защита может быть неселективной, небыстродействующей. Она должна работать вместо основной защиты в случае отказа последней или вывода ее из работы.

Экономичность защиты заключается в соотношении затрат на ее установку и эксплуатацию со стоимостью защищаемого элемента и убытками в случае неправильной или несовершенной работы защиты. Так, например, установка на линии, питающей маломощный, невысокой стоимости потребитель, достаточно сложной и дорогой защиты, оказывается экономически нецелесообразной, так как она может превышать стоимость самого потребителя. Целесообразно, как правило, применять наиболее простые и надежные, требующие меньшего ухода в эксплуатации схемы и реле, несмотря на ухудшение в допустимых пределах некоторых параметров защиты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Общая часть.

1.1 Выбор силового оборудования.

 

Выбор силового оборудования производится в соответствии с исходными данными.

По заданной номинальной мощности и уровням напряжений обмоток выбираем два (Т1, Т2) силовых трансформатор типа ТДТН-80000/38,5  с такими техническими характеристиками:

 

номинальная мощность -

напряжение обмотки ВН -

напряжение обмотки НН -

напряжение короткого замыкания ВН-СН -

напряжение короткого замыкания СН-НН -

 

По заданной номинальной мощности и напряжению выбираем один синхронный двигатель (М1) типа СТД-8000-23УХЛ4 с такими техническими характеристиками:

номинальная мощность-

номинальным напряжением-

номинальным током-

коэффициент полезного действия- ŋ=97,9 %

количество оборотов в минуту -n=3000 обр/мин

                                                    -

 

По заданной номинальной мощности и напряжению выбираем три асинхронных двигателя (М2) типа 4АЗМ-3150/10000 УХЛ4 с такими техни ческими характеристиками:

номинальная мощность-

  номинальным напряжением-

номинальным током-

коэффициент полезного действия- ŋ=96,9 %

количество оборотов в минуту -n=3000 обр/мин

-

 -

m = 3 шт – количество двигателей.

Производим выбор кабельной линии. Для выбора кабельной линии необходимо знать длительно допустимый ток нагрузки, состоящий из промышленной нагрузки

Iнагр.об.пром = 150-200 А;

 

 

 

 

По данному току Iкл и напряжению U2 = 10 кВ выбираем 3 трехжильных кабеля с медными жилами сечением (3·95) мм2 

Длительный допустимый ток Iдд =

Производим уточнение тока обобщенной нагрузки:

Iоб.нагр. = (3·280)-(3·213) =  (А)

Iраб. кл = 3·280 = 840 (А) .

 

 

1,2 Описание схемы расчетного участка сети

От энергосистемы мощностью КЗ на шинах системы в максимальном режиме 3750 МВА и в минимальном режиме 2900 МВА через воздушные линии Л1 и Л2 протяженностью   L = 26 км и удельным сопротивлением X0вл = 0,4 Ом/км

Получает питание главная понизительная подстанция (ГПП). ГПП состоит из 2 силовых трансформаторов Т1 и Т2 типа ТДТН-80000/38,5  каждый номинальной мощностью Sт = 80 МВА.

К шинам низкого напряжения ГПП присоединены 2 кабельные линии протяженностью L = 2.1 км, напряжением 10 кВ.

Так же к шине ГПП низкого напряжения присоединены 1 синхронных двигателя М1 типа СТД-8000-23УХЛ4 номинальной мощностью Sн = 8000 кВА.

Трансформаторная подстанция через трансформатор Т3 питает обобщенную промышленную нагрузку. К шине трансформаторной подстанции подключены 3 асинхронных двигателя типа 4АЗМ-3150/10000 УХЛ4 номинальной мощностью   Рн = 3,15 кВт.

Схема сети представлена на рисунке 1. 

 

 

 

Рисунок 1 Схема расчетного участка сети

 

                      1.3  Выбор защит указанных элементов

Выбор защиты силового трансформатора

Основные защиты трансформатора – это:

 

1) Максимальная токовая защита (МТЗ) с выдержкой времени, используется при внешних КЗ, на понижающих трансформаторах 1000 кВА и выше.

2) Дифференциальная защита. Применяют при многофазных коротких замыканиях в обмотках трансформатора мощностью 6300 кВА и более.

3) Газовая защита. Применяют при витковых замыканиях внутри кожуха трансформатора, сопровождается выделением газа и понижением уровня масла на трансформаторах 6300 кВ и выше.

4) Защита от перегрузки на трансформаторах, находящихся под наблюдением оперативного персонала, РЗ от перегрузки выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. [1]

 

Выбор защит синхронного двигателя

Основные защиты синхронного двигателя – это:

 

1. Дифференциальная защита
2. Защита от перегрузки устанавливается в тех случаях, когда возможен

 технологический перегрев, имеются тяжелые условия пуска  и самозапуска, а также на электродвигателе, самозапуска на которых не допускается.

3. Защита от минимального напряжения выполняется одно и двух ступенчатой.

 Одна ступень с меньшей  выдержкой времени предназначена  для повышения эффективности  самозапуска ответственных двигателей. Вторая ступень предусматривает для отключения электродвигателя при перерывах питания по условиям технологии, технической безопасности или во избежание повторного пуска электродвигателя после его полной остановки

4. Защита от короткого замыкания на землю. В соответствии с ПУЭ РЗ от

 замыканий  на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности - при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуатации, однако, при токах замыкания на землю более 5 А РЗ от замыканий на землю часто устанавливают на электродвигателях любой мощности, что способствует ограничению их повреждений при замыканиях на землю.

 

2. Расчетная часть проекта

2.1. Расчет токов короткого  замыкания

Для расчета токов короткого замыкания выбираем режим трехфазного короткого замыкания. Он характерен тем, что токи напряжения всех фаз равны по значению в месте короткого замыкания и любой другой точке сети.

 

Этот вид КЗ представляет наибольшую опасность для работы энергосистемы с точки зрения устойчивости параллельной работы электрических станций и узлов нагрузки.

Расчет токов КЗ в максимальном режиме работы системы необходимо выполнить для правильного определения  параметров защиты элементов сети. Расчет токов КЗ в минимальном режиме работы системы необходим для проверки чувствительности защит.

В расчетах обозначение Iкз3(·)max и Iкз3(·)min принимаем как Iкз max и Iкз min соответственно.

Расчетные значения напряжений принимаем примерно на 5% выше номинального напряжения, тогда напряжение на высокой стороне   Uвн = 37 кВ, а на низкой стороне Uнн = 10,5 кВ.

По расчетной схеме (расчетная схема приведена на рисунке 2) составляем схему замещения, на которой все элементы представлены в виде сосредоточенных электрических сопротивлений (схема замещения приведена на рисунке 3).

 

 

Рисунок 2  Расчетная схема

 

 

Рисунок 3  Cхема замещения

 

2,1 Расчёт токов короткого  замыкания

Определяем сопротивление системы в максимальном и минимальном режимах:

 

 

 

где ;

  – мощность КЗ в максимальном режиме работы системы;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где  – мощность КЗ в максимальном режиме работы системы;

 

 

 

 

Находим сопротивление воздушной линии:

 

                   , Ом                                          

                                   

где – удельное сопротивление воздушной линии;

      - протяженность воздушной линии;

 

 

                                  

 

Определяем сопротивление трансформатора в максимальном и минимальном режимах:

 

 

 

где - половина регулировочного диапазона;

- 11,95 %- из справочник реле защиты и автоматики Смирнова Т.В.

 

 

 

 

 

 

 

                где - из справочник реле защиты и автоматики Смирнова Т.В.

 

 

 

Находим результирующие сопротивления в точке К1:

 

)                               

 

                               

 

Находим результирующие сопротивления в точке К2:

 

, Ом                                          

 

 

 

 

, Ом                                                 

 

 

 

Находим результирующие сопротивления в точке К3:

 

 

               

      , Ом                                  

 

 

 

                     , Ом                            

 

 

 

Находим результирующее сопротивление в точке К3, приведенные к стороне низшего напряжения, в максимальном и минимальном режимах:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем токи короткого замыкания в точке К1 в максимальном и минимальном режимах: