Кафедра “Автоматическое управление электроэнергетическими

Кафедра “Автоматическое управление электроэнергетическими

системами”

 

Релейная защита и автоматика параллельных линий электропередачи с двухсторонним питанием

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплинам:

 

Релейная защита электроэнергетических систем

2. Автоматика электроэнергетических систем

 

 

Выполнила: студентка гр.V-28

Саврилова А.М.

Руководитель:

Вяткин Р.В.

 

Иваново 2011

                                                      СОДЕРЖАНИЕ

 

		стр.
	Введение	4
	Список используемых сокращений	5
1	РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ	7
1.1	Исходные данные для расчета токов КЗ	7
1.2	Выбор сечения и марки проводов ЛЭП	10
1.3	Определение удельных параметров ЛЭП	12
1.4	Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения для проектируемых защит	12
1.5	Основные положения методики расчета токов коротких замыканий в целях релейной защиты	14
1.6	Схемы замещения электрической сети прямой и нулевой последовательности	14
1.7	Расчётные выражения для определения параметров элементов схем замещения	16
1.8	Расчет параметров элементов схемы.	18
1.9	Расчёт токов КЗ на ЭВМ	21
2	РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛИНИЙ С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ	23
2.1	Выбор и обоснование вариантов выполнения основной и резервных защит, устанавливаемых на параллельных ЛЭП с ответвлениями, одиночной ЛЭП и трансформаторах ответвительной подстанции	23
2.2	Проектирование ненаправленной токовой отсечки	26
2.3	Проектирование дистанционных защит линий	30
2.4	Проектирование токовых защит нулевой последовательности	56
3	АВТОМАТИКА ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛЭП С ДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ	76
3.1	Автоматика ответвительной подстанции	76
3.2	Автоматика ЛЭП	90
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ	99
	БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	100
ПРИЛОЖЕНИЯ
	ПРИЛОЖЕНИЕ 1 Расчет удельных сопротивлений ЛЭП 110кВ	101
	ПРИЛОЖЕНИЕ 2  Параметры схем замещения в ТКЗ – 200	108
	ПРИЛОЖЕНИЕ 3  Расчет остаточных напряжений	109
	ПРИЛОЖЕНИЕ 4  Расчёт токов КЗ и токов качаний для выбора уставок токовых отсечек	110
	ПРИЛОЖЕНИЕ 5  Расчеты, произведенные вручную с целью проверки правильности ввода данных в ТКЗ – 200	114

 

	ПРИЛОЖЕНИЕ 6  Расчет коэффициентов токораспределения и минимальных токов КЗ для ДЗ	116
	ПРИЛОЖЕНИЕ7 Определение положения электрического центра качаний	121
	ПРИЛОЖЕНИЕ 8 Расчёт токов обратной последовательности для оценки чувствительности блокировки	123
	ПРИЛОЖЕНИЕ 9 Расчёт токов КЗ для выбора уставок и оценки чувствительности ТЗНП	125
	ПРИЛОЖЕНИЕ 10 Расчёт токов КЗ необходимых для построения кривых токов нулевой по­следовательности в параллельных линиях при каскадном отключении КЗ на одной из них	129
	ПРИЛОЖЕНИЕ 11 Расчёт токов несинхронного включения	131

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В соответствии с заданием в данном курсовом проекте производится выбор релейной защиты и автоматики параллельных ЛЭП 110 кВ с двухсторонним питанием, имеющих ответвления.Необходимо выбрать проектный вариант выполнения основной и резервных защит ЛЭП от междуфазных коротких замыканий и от коротких замыканий на землю с применением панелей релейной защиты на микропроцессорной элементной базе. Приводится обоснование выбора проектного варианта с учетом особенностей сети и параллельных линий. Выполняются расчеты резервных защит, а именно: токовых отсечек, дистанционных защит от междуфазных замыканий, токовых защит нулевой последовательности линий.

Расчет основных защит ЛЭП в объем данного курсового проекта не входит.

Производится выбор защит, устанавливаемых на понижающем двухобмоточном трансформаторе ответвительной подстанции.

Кроме того, производится выбор, и дается краткое описание основных устройств автоматики: АПВ, ОМП, АВР, АРКТ, АЧР, АЛАР.

В графическую часть курсового проекта входят принципиальные схемы релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации параллельных ЛЭП и карта селективности электрической сети.

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Исходные данные для расчёта токов КЗ

1.1.1. Исходная схема электрической сети 110 кВ приведена на рис. 1.1.

 

Рис. 1.1 Исходная схема электрической сети

 

1.1.2. Технические данные заданного и выбранного электрооборудования электростанции и подстанций приведены в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1. Технические данные элементов исходной схемы

Обозначение по рис. 1.1	Тип	Наименование параметра	Значение параметра	Размерность
Система С1	-		3100	МВ∙А
Система С2	-		1800	МВ∙А
Генератор G1	ТВФ-60-2		60	МВт
			0.8	о.е.
			0,195	о.е.
			10.5	кВ
			0,238	о.е.
			0,92	о.е.
			4,9	c
Генератор G2	ТВФ-100-2		100	МВт
			0.8	о.е.
			0,191	о.е.
			10.5	кВ
			0,234	о.е.
			0,973	о.е.
			6,5	c
Трансформатор Т1	ТДЦ-80000/110		80	МВ∙А
			121	кВ
			10.5	кВ
			10.5	%
			310	кВт
Трансформатор Т2	ТДЦ-125000/110		125	МВ∙А
			121	кВ
			10.5	кВ
			10.5	%
			400	кВт

 

Автотрансформатор Т3	2×АТДЦТН-63000/220/110		63	МВ∙А
			230	кВ
			121	кВ
			11	кВ
			11	%
			35.7	%
			21.9	%
			215	кВт
Трансформаторы Т4, Т5	ТРДН-25000/110		25	МВ∙А
			115	кВ
			10,5	кВ
			10.5	%
			120	кВт
Трансформаторы Т6, Т7	ТДТН-40000/110		40	МВ∙А
			115	кВ
			38.5	кВ
			11	кВ
			10.5	%
			17.5	%
			6.5	%
			200	кВт
Линии Л1, Л2	–		41	км
			72	МВ∙А
Линия Л3	–		36	км
			30	МВ∙А
Ответвление l 1	–		24	км
Ответвление l 2	–		4,1	км

Примечание: сопротивление нулевой последовательности систем С1 и С2  принимаем равным .

1.1.3 Обозначение расчётных режимов приведено в табл. 1.2.

 

Таблица 1.2. Обозначение расчетных режимов сети

Режим	Характеристика расчетного режима
1	Отключена линия Л1
2	Отключена линия Л2
3	Отключена линия Л3
4	Отключен автотрансформатор Т3
5	Отключен блок генератор-трансформатор G1-T1
6	Отключен блок генератор-трансформатор G2-T2
1А (1Б)	Отключение линии Л1 со стороны ЭС “А” (ПС “Б”)
2А (2Б)	Отключение линии Л2 со стороны ЭС “А” (ПС “Б”)
1о (2о)	Отключена и заземлена линия Л1 (Л2)

Выбор измерительных ТТ и ТН

Выбор трансформаторов тока для линий производится по условиям длительного режима. Расчетным режимом является режим с отключением одной из параллельных линий. Выбор трансформаторов тока оформлен в  табл. 1.4 и 1.5.

Таблица 1.4. Трансформаторы тока в цепи линий Л1, Л2

Расчетные данные			ТФЗМ 110У-I-600/5			Условия выбора и проверки
	кВ	110		кВ	110
	А	399		А	600

В табл. 1.4  - значение продолжительного расчетного тока. Для линий Л1и Л2 А.

Таблица 1.5. Трансформаторы тока в цепи линии Л3

Расчетные данные			ТФЗМ 110У-I-150/5			Условия выбора или проверки
	кВ	110		кВ	110
.	А	143,15		А	150

 

В табл. 1.5 - значение продолжительного расчетного тока. Для линии Л3  А.

Коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока:

                                                ;                                            (1.3)

где

- номинальный первичный ток трансформатора тока (табл. 1.4,1.5);

= 5 А- номинальный вторичный ток трансформатора тока.

Для линий Л1 и Л2:

.

Для линии Л3:

.

Измерительные трансформаторы напряжения выбираются (без проверки) по номинальному напряжению установки. На линиях 110 кВ устанавливаются трансформаторы напряжения типа НКФ-110-83У1 с В, В, В.

Коэффициент трансформации измерительного трансформатора напряжения:

                                              ;                                          (1.4)

где

- номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора напряжения;

- номинальное напряжение вторичной обмотки трансформатора напряжения. .

 

Элементов схем замещения

 

Расчетные выражения для определения параметров элементов схемы замещения приведены в табл. 1.6.

 

Таблица 1.6. Расчетные выражения для определения параметров элементов схем замещения

Наименование величины	Расчетное выражение		Размерность
ЭДС системы		(1.5)	кВ
ЭДС генератора		(1.6)	кВ
Сопротивление системы		(1.7)	Ом
Реактивное сопротивление генератора		(1.8)	Ом
Активное сопротивление генератора		(1.9)	Ом
Реактивное сопротивление двухобмоточного трансформатора		(1.10)	Ом
Напряжение КЗ трехобмоточного трансформатора		(1.11)	%
		(1.12)	%
		(1.13)	%
Реактивное сопротивление обмоток трехобмоточного трансформатора		(1.14)	Ом
		(1.15)	Ом
		(1.16)	Ом
Коэффициент трансформации трансформатора		(1.17)	Ом
		(1.18)	Ом
		(1.19)	Ом
Сопротивление прямой последовательности линии		(1.20)	Ом

Сопротивление параллельных линий нулевой последовательности		(1.21)	Ом
Сопротивление нулевой последовательности линии		(1.22)	Ом
Сопротивление взаимоиндукции		(1.23)	Ом
Сопротивление системы нулевой последовательности		(1.24)	Ом

Расчёт токов КЗ на ЭВМ

 

1.9.1. Расчёты токов КЗ, необходимых для выбора уставок и оценки чувствительности резервных защит линий, выполнены на ЭВМ с применением программы «TKZ-3000». Часть расчетов токов КЗ выполнена «вручную».

Формирование расчетных схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательности в программе «TKZ-3000» осуществляется путем заполнения соответствующих таблиц.

Таблицы ввода схем замещения прямой, обратной и нулевой последовательности, параллельных линий со взаимной индуктивностью, а также расчет доаварийных напряжений приведены  в приложении 2.

1.9.2. Расчетная схема электрической сети 110 кВ, приведенная к машинному виду, приведена на рис.1.4.

 

 

Рис. 1.4 Расчетная схема электрической сети

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В данном комплексном курсовом проекте по дисциплинам “Релейная защита электроэнергетических систем” и “Автоматика электроэнергетических систем” было выбрано основное оборудование заданной сети, рассчитаны параметры элементов электрической сети. По этим данным были составлены схемы замещения прямой и нулевой последовательности, а также подготовлены необходимые данные для ввода в ЭВМ.

     В соответствии с заданием, был произведён выбор варианта релейной защиты и автоматики сети. С учётом особенностей сети и на основании анализа остаточных напряжений показана необходимость применения на линиях быстродействующих защит.

     Был выбран проектный вариант, при котором в качестве основной быстродействующей защиты принята продольная дифференциальная токовая защита на базе микропроцессорного шкафа типа ШЭ2607 091 фирмы «ЭКРА», в качестве резервной используется шкаф ШЭ2607 016.

     В данном проекте были рассчитаны уставки ненаправленных токовых отсечек, дистанционных защит, и токовых направленных защит нулевой последовательности. Была проведена оценка чувствительности этих защит.На основе построенных эпюр напряжения показана необходимость применения блокировок при качаниях. Произведена проверка чувствительности ПОБ.

     В разделе “Автоматика параллельных линий” были выбраны устройства автоматики, устанавливаемые на ЛЭП и подстанции ответвления.

Были выбраны следующие устройства автоматики:

1) для осуществления АПВ на линиях принято АПВУС, являющееся функций шкафа ШЭ2607 016;

2) для определения расстояния до места КЗ используется базовая функция ОМП шкафа ШЭ2607 016;

3) для ликвидации АР используется устройство АЛАР;

4) функция АВР реализуется на базе терминала SPAC 801.03 фирмы АВВ.

5) для реализации функции АЧР используется реле частоты SPAF 340 С3.

6) для регулирования напряжения силовых трансформаторов с устройством РПН (АРКТ) используется регулятор напряжения SPAU 341С.

 

В графической части курсового проекта вошли: принципиальная схемы релейной защиты, автоматики, управления, сигнализации параллельных ЛЭП и карта селективности электрической сети.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). - М: Энергоатомиздат,1985.- 640 с.

2. Неклепаев Б.Н., Крючков МП. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учебное посо­бие для вузов. 4-е издание, перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат,

1989. - 608 с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 7. Дистанционная защита линий 35-300 кВ. -М.: Энергия, 1966. - 171 с.

4. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 10. Высокочастотная блокировка дистанционной и токовой направленной нулевой последовательности защит линий 110-220 кВ. -М.: Энергия, 1975.-75 с.

5. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 11. Расчет токов короткого замы­кания для релейной защиты и автоматики в сетях 110-750 кВ. - М: Энергия, 1979.

6. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 12. Токовая защита нулевой по­следовательности от замыканий на землю линий 110-500 кВ.

7. Методические указания. Программа расчета токов короткого замыкания «TKZ200». Иваново, 1999.

 8. Федосеев A.M. Релейная защита электрических систем. - М.: Энергия,

1976. – 560 с.

9. Индикатор микропроцессорный фиксирующий ИМФ-ЗР. Руководство по эксплуата­ции, паспорт.

10. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов / Под ред. А.Ф.Дьякова. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. - 504 с.

11. Автоматика электроэнергетических систем: Учеб. пособие для вузов / О.П. Алексеев, В.Е. Казанский, В.Л. Козис и др. - М.: Энергоатомиздат, 1981. – 480 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица ввода схемы замещения прямой последовательности

 

 

 

Таблица ввода схемы замещения обратной последовательности

 

 

 

Таблица ввода схемы замещения нулевой последовательности

 

 

Проверка параметров сети

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 5

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 6

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 7

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 8

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 9

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 10

 

Расчёт токов КЗ необходимых для построения кривых токов нулевой по­следовательности в параллельных линиях при каскадном отключении КЗ на одной из них

I-3-2A К⁽¹⁾

l=0

L=0,25lл

L=0,5lл

L=0,75lл

 

L=lл

 

 

 

I-4-2Б К⁽¹⁾

l=0

L=0,25lл

L=0,5lл

 

L=0,75lл

 

L=lл

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 11

 

Кафедра “Автоматическое управление электроэнергетическими

системами”