Дипломная работа: Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения

Введение

Целью данного курсового проекта является расчет устройств РЗ и А системы электроснабжения. При работе элементов систем электроснабжения возможно возникновение ненормальных и аварийных режимов. К ним относятся короткие замыкания, перегрузки, понижение уровня напряжения, частоты и другие.

Повреждения и ненормальные режимы должны быть устранены, и это является основным назначением устройств релейной защиты и системной автоматики.

К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования: селективность, необходимое быстродействие, чувствительность и надежность. Перечисленные требования удовлетворяются правильным выбором устройств релейной защиты, схем соединения устройств РЗ, расчётом установок срабатывания.

1. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания проводим в относительных единицах. Все полученные величины приведены к базовым условиям. Базовую мощность принимаем равной: = 1000 МВА.

Схема замещения приведена на рисунке 1.1:

Рис. 1.1. Схема замещения

Определим сопротивления схемы замещения:

Сопротивление системы согласно [l.стр. 131]:

, (1.1)

где SK3 - мощность короткого замыкания системы.

Определим параметры линий 110 кВ (нагрузкой являются трансформаторы Т1 и Т2) с учетом допустимой перегрузки трансформатора согласно [1,стр.213):

, (1.2)

где - номинальная мощность трансформатора, кВА, - номинальное напряжение трансформатора кВ.

Выбор сечения проводов проводим по экономической плотности тока [1, стр.232].

(1.3)

где - экономическая плотность тока, при ч для сталеалюминиевых проводов, = 1 [3, стр.266]; I, A –ток на участке сети.

Принимаем провод АС-70/11 сечением 70 ; с удельными сопротивлениями: Ом/км и реактивным сопротивлением Ом/км. [3, стр.577].

Сопротивление ЛЭП согласно [1, стр.131]:

(1.4)

где - среднее значение напряжения на шинах в месте короткого замыкания,

l – длина ЛЭП.

Определяем параметры линий 35 кВ. Нагрузкой линии 35 кВ, при простое второй будут трансформаторы Т7, Т8, Т9 и Т10. Так как параметры трансформаторов Т7 и Т8 не даны, принимаем для расчета нагрузку этих трансформаторов – четыре синхронных двигателя:

(1.5)

где , , - параметры синхронного двигателя ( табл. 1 )

Выбор сечения питающего кабеля проводим по экономической плотности тока.

При ч для кабелей с бумажной пропитанной изоляцией с алюминиевыми жилами = 1,4 [3, стр.266].

Принимаем 2 кабеля ААБ-35-(3×185) общим сечением 370 ; с удельными сопротивлениями Ом/км и Ом/км. [2, стр.421].

Сопротивление трансформаторов согласно [1, стр.131]:

(1.6)

где - номинальная мощность трансформатора; - напряжение короткого замыкания;

Для трансформатора мощностью 10МВА соотношение x/r составляет порядка 10.

Исходя из этого, принимаем:

для трансформатора блока 2 МВт принимаем [1, стр.613]

Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.

Исходя из этого, принимаем:

Для трансформатора мощностью 2,5 МВА соотношение x/r составляет порядка 6.

Исходя из этого, принимаем:

Сопротивление генераторов согласно [1, стр.131]:

(1.7)

для генератора мощностью 2 МВА соотношение x/r составляет порядка 15. Исходя из этого, принимаем:

Расчет токов КЗ для точки К1

Упростив схему замещения относительно точки К1 получаем схему, представленную на рис 1.2.

Рис. 1.2. Упрощенная схема замещения

Базовый ток согласно [1, стр.142]:

(1.8)

где - среднее значение напряжения в месте короткого замыкания (115 кВ).

кА .

Начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания согласно [1, стр.137]:

(1.9)

где - ЭДС источника в относительных единицах [1, стр.130].

Значение периодической составляющей тока короткого замыкания по ветвям:

Ветвь энергосистемы ( сопротивление ветви составляет 1,76 отн. ед.):

кА

Ветвь генератора G2 ( сопротивление ветви составляет 41,89 отн. ед.):

кА

Общий ток:

кА

Определим величину ударного тока [1, стр.148]:

(1.10)

где - ударный коэффициент:

(1.11)

где: - угол между векторами тока и напряжения в момент короткого замыкания;

(1.12)

- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания;

(1.13)

- угловая частота;

(1.14)

Ветвь энергосистемы:

кА

Ветвь генератора G2:

кА.

Суммарный ударный ток короткого замыкания в точке К1:

кА .

Определим величину апериодической составляющей тока короткого замыкания.

Согласно [1, стр.151]:

(1.15)

(1.16)

- время действия релейной защиты ( принимаем = 0,01 с );

- собственное время отключения выключателя.

При установке выключателя ВВБК-110Б-50, собственное время отключения выключателя составит = 0,045 с [1, стр.630]:

Тогда t= 0,01+0,045 = 0,055 с .

Ветвь энергосистемы:

Ветвь генератора G2:

кА

Суммарная апериодическая составляющая тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с:

кА .

Определим величину периодической составляющей тока короткого замыкания для момента времени t = 0,055 с .

Периодическая составляющая тока короткого замыкания от энергосистемы в любой момент времени неизменна:

кА .

Ветвь генератора G2:

Так как генератор значительно удален от точки короткого замыкания ( за двумя ступенями трансформации), принимаем:

кА .

Общая величина периодической составляющей тока короткого замыкания в точке К1 в момент времени t = 0,055 с составит:

кА .

Расчет несимметричных токов короткого замыкания

Для упрощения расчетов принимаем величины сопротивления обратной последовательности всех элементов схемы, (включая синхронные генераторы) равными величинам сопротивлений прямой последовательности:

(1.17)

Схема замещения нулевой последовательности представлена на рисунке 2.1:

Рис. 2.1. Схема замещения нулевой последовательности.

Согласно [1, стр.160]: справедливо соотношение для одноцепных ЛЭП со стальным тросом, заземлённым с одной стороны. Тогда:

(1.18)

Величины сопротивлений нулевой последовательности остальных элементов схемы, равны величинам соответствующих сопротивлений прямой последовательности [1, стр.160].

Двухфазное короткое замыкание.

(1.19)