Дипломная работа: Расчет параметров режимов и оборудования электрических сетей и мероприятий энергосбережения

Рисунок 3.8 - НКФ Каскадный трансформатор напряжения типа НКФ.

Каскадные трансформаторы напряжения изготовляют только однофазные и для наружной установки. На рис. 3.8 общий вид каскадного трансформатора типа НКФ на напряжение 110кВ.

4. Расчет электромагнитных переходных процессов в электрической сети

В процессе выполнения расчета необходимо на защищаемом объекте (трансформатор Т-3) рассчитать сверхпереходный и ударный ток при симметричном (трёхфазном) замыкании.

Исходными данным для расчета являются Схема электрической сети, параметры линий и трансформаторов, а так же мощности нагрузок.

Расчет выполняем в относительных единицах для приближенного вычисления в соответствии условия [8]

Удельное сопротивление для воздушных линий в приближённых расчётах напряжением 6-220 кВ Х0 = 0,4 Ом/км. ЭДС нагрузок в сверхпереходном режиме принимаем . Так как источник системы является источником бесконечной мощности, то ЭДС источника E* = U* = 1 = const.

Принимаем базисные условия:

Uб = 35 кВ;

Sб = 250 МВА;

Для упрощения преобразования схемы не будем учитывать нагрузку Е-2.

Рисунок 4.1 - Схема замещения заданной сети.

Сопротивления трансформатора Т-1:

;

X2 = 0;

.

Сопротивление линии Л-1:

,

Сопротивления трансформатора Т-3:

;

X8 = 0;

.

Сопротивление линии Л-2:

.

Сопротивление линии Л-3:

Сопротивление трансформатора Т-2:

.

Сопротивление нагрузки 1:

.

Сопротивление нагрузки 3:

.

ЭДС нагрузок в сверхпереходном режиме:

.

Преобразуем Δ в Y:

Рисунок 4.2 - Преобразование Δ в Y.

Х14 = Х2 + Х3 + Х4 = 0 + 0,151 + 0,28 = 0,431;

Х15 = Х7 + Х9 = 0,62 + 0,227 = 0,847;

Х16 = Х8 + Х10 = 0 + 0,227 = 0,227.

Сопротивления Y через сопротивления Δ:

;

;

.

Рисунок 4.3 - Схема после преобразования Δ в Y.

Упростим схему:

Рисунок 4.4 - Упрощение схемы.

Х20 = Х1 + Х17 = 0,09 + 0,243 = 0,333;

Х21 = Х19 + Х5 = 0,065 + 0,62 = 0,685;

Х22 = Х13 + Х12 + Х18 = 8,322 + 0,82 + 0,128 = 9,27.

Упростим схему, используя коэффициенты распределения (совместим сопротивление Х21 с сопротивлениями Х20 и Х22):

Рисунок 4.5 - Схема после совмещения сопротивления Х21 с сопротивлениями Х20 и Х22.

Эквивалентное сопротивление для Х20 и Х22:

.

Коэффициенты распределения:

;

.

Результирующее сопротивление для Х20, Х21 и Х22:

Хрез2022 = Хэ2022 + Х21 = 0,327 + 0,685 = 1,012.

Значения сопротивлений после преобразования:

;

.

Так как источник системы является источником бесконечной мощности, то ЭДС источника E* = U* = 1 = const.

Найдём эквивалентную ЭДС системы:

Эквивалентное сопротивление системы:

Ток трёхфазного короткого замыкания в относительных единицах:

.

Ток трёхфазного короткого замыкания в именованных единицах:

 кА.

Ударный ток короткого замыкания:

 кА.

5 Расчет релейной защиты

Требуется рассчитать релейную защиту автотрансформатора.

Автотрансформатор силовой трехфазный трехобмоточный типа АТДЦТН-125000/500/110-У1 предназначен для связи электрических сетей напряжением 500 и 110 кВ.

Расчет релейной защиты трансформатора выполним с использованием реле ДЗТ-21 [9]

Общие сведения о реле ДЗТ-21 (ДЗТ-23)

Для защиты трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности ЧЭАЗ выпускает реле дифференциальной защиты с торможением типов ДЗТ-21 и ДЗТ-23, в которых применен новый принцип отстройки от бросков тока намагничивания и токов небаланса. Защита выполнена на микроинтегральном принципе.

На дифференциальных защитах с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 может быть выполнена минимальная уставка по току срабатывания 0,3Iном трансформатора. Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющих второй гармонической тока, содержащихся, как показывает анализ, в токах намагничивания.

Автотрансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне среднего напряжения в пределах 12 % номинального.

Сопротивления линейного регулировочного трансформатора и реактора (сопротивления которого рассчитаны при двух крайних положениях регулировочного автотрансформатора) заимствованы из примера расчета дифференциальной защиты цепей стороны низшего напряжения.

5.1 Порядок расчета

Расчет защиты производится в следующем порядке [9]:

5.1    Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора (автотрансформатора), соответствующие его номинальной мощности (проходной мощности для автотрансформатора). По этим токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты ,и , исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока  (выбираются с учетом параметров используемого оборудования, его перегрузочной способности, требований релейной защиты и схемы соединения трансформаторов тока; при соединении трансформаторов тока в треугольник— исходя из первичного тока ввиду целесообразности иметь вторичные токи в плече защиты, не превышающие номинальный ток трансформаторов тока 5 или 1 А) и коэффициента схемы . Результаты расчета сводим в таблицу 5.1

5.2  Выбираются ответвления трансреактора реле ТАV для основной стороны (за основную принимается сторона 220 кВ, на которой вторичный ток в плече защиты примерно равен номинальному току ответвления трансреактора реле)

Ответвления трансреактора реле ТАV или автотрансформаторов тока типов АТ-31(АТ-32), если последние используются на рассматриваемой стороне, принимаемой в расчете за основную (например, сторона низшего напряжения), выбираются, исходя из вторичного тока  в плече защиты на этой .стороне, соответствующего номинальной мощности защищаемого трансформатора (автотрансформатора), так, чтобы

  Ответвления автотрансформаторов тока типов АТ-31 и АТ-32 для неосновных сторон следует выбирать, исходя из вторичного тока Iном.неосн в плече защиты на рассматриваемой неосновной стороне, соответствующего номинальной мощности защищаемого трансформатора (автотрансформатора) и выбранного ответвления  для основной стороны:

                         (5.2.1)

Принимаются ответвления с номинальным током, равным или ближайшим меньшим расчетного. Указанное необходимо для обеспечения возможности выставления на реле уставки относительного минимального тока срабатывания (при отсутствии торможения) , соответствующей наименьшему возможному значению первичного минимального тока срабатывания защиты  ,

 (5.2.2)

где и  — коэффициент трансформации трансформаторов тока и коэффициент схемы для расчетной стороны.

Все величины должны приниматься для стороны, обусловливающей наибольшее загрубление защиты. Такой стороной является та неосновная сторона, для которой принятое ответвление больше отличается от расчетного , если с этой стороны может производиться включение трансформатора под напряжение.

При выборе ответвлений автотрансформаторов тока типов АТ-31 и АТ-32 и трансреактора реле ТАV в целях обеспечения наименьших значений  могут использоваться табличные значения.

Таблица 5.1-Результаты расчета первичных токов и параметров защиты

В плече защиты на основной стороне автотрансформаторы тока могут не использоваться (например, на стороне низшего напряжения в защите трансформаторов с нерасщепленной обмоткой и одиночным реактором или без реактора), если получаемая при этом кратность тока  позволяет обеспечить требуемую термическую стойкость автотрансформаторов и реле при учете возможной перегрузки защищаемого (автотрансформатора).

5.3   Выбираются ответвления автотрансформаторов тока АТ-32 для неосновных сторон 110 в 10 кВ , исходя из выбранного ответвления трансреактора реле ТАV для основной стороны  и номинального вторичного тока в плече защиты на рассматриваемой неосновной стороне  (п.5.1), по выражению (5.2.1)

5.4  Определяются стороны, на которых используется торможение.

Торможение, как правило, следует осуществлять от токов на всех (питающих и приемных) сторонах трансформатора (автотрансформатора). Однако, если на подстанции не имеется синхронных двигателей, в защите двух- и трехобмоточного трансформатора при наличии питания только со стороны высшего напряжения и отсутствии параллельной работы на стороне среднего напряжения принципиально в целях увеличения чувствительности защиты целесообразно было бы торможение осуществлять только от токов на приемных сторонах. Но при этом может потребоваться коэффициент торможения выше уставок, предусмотренных на реле.

Использование торможения только от токов приемных сторон обеспечивает отсутствие торможения от токов внутренних КЗ, а использование торможения от токов всех сторон при возможности питания с нескольких из них необходимо для обеспечения отсутствия торможения при

Ввиду наличия питания с двух сторон и возможности передачи нагрузки как со стороны ВН, так и со стороны СН целесообразно осуществлять торможение от токов, проходящих во всех сторонах защищаемого автотрансформатора. Для этого, помимо промежуточных трансформаторов реле, используется приставка дополнительного торможения.

5.5    Выбирается уставка «начала торможения»

Уставка «начала торможения»  по отношению к номинальному току принятого ответвления промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставки дополнительного торможения должна приниматься: , когда торможение осуществляется от токов всех групп трансформаторов тока рассматриваемой дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора), т. е. при многостороннем питании, и , когда торможение осуществляется только от токов групп трансформаторов тока, установленных на приемных сторонах защищаемого трансформатора (автотрансформатора), т. е. при одностороннем питании. При таком выборе уставки «начала торможения» и принятии ответвлений промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставок дополнительного торможения равными по выражению (5.2.2) при токах, меньших соответственно:

                                                                (5.5.1)

(для уставки «начала торможения» ) и

                                                             (5.5.2)

(для уставки «начала торможения» ),

обеспечивается отсутствие торможения. При принятии                      

                                                               (5.5.3)

отсутствие торможения будет обеспечиваться при токах, меньших соответственно:

 (5.5.4)

                (5.5.5)

(для уставки «начала торможения» ), , , — коэффициенты токораспределения соответственно для сторон I, II и III в рассматриваемом режиме, т. е. по отношению к первичным токам горизонтальная часть характеристики торможений несколько сокращается. Поэтому в случаях, когда токи  значительно превышают токи , в целях обеспечения отсутствия торможения в нагрузочном режиме от тока Iторм следует и во втором случае (при осуществлении торможения только от токов групп трансформаторов тока, установленных на приемных сторонах защищаемого трансформатора) принимать .

При этом в (5.5.5) вместо коэффициента 1,2 надо принимать 2.

Первичные токи начала торможения по (5.5.1), (5.5.2), (5.5.4) и (5.5.5) являются расчетными при выборе минимального тока срабатывания защиты при отсутствие торможения по (5.9.1).

Следует отметить, что в целях упрощения при близких значениях токов и , входящих в (5.5.4) и (5.5.5), их отношения можно принимать равными 1,0, т. е. пользоваться (5.5.1) и (5.5.2).

5.6    Выбираются ответвления промежуточных трансформаторов тока и приставки дополнительного торможения, исходя из вторичных токов Iном,в и выбранных в п.2.3 коэффициентов трансформации автотрансформаторов тока АТ-32 , по выражению (5.3.1)

5.7    Определяется первичный тормозной ток, соответствующий «началу торможения», по (5.5.4)

5.8 Определяется ток небаланса в режиме, соответствующем «началу торможения»:

                (5.8.1)

5.9    Определяется первичный минимальный ток срабатывания защиты (ее чувствительного органа) по следующим условиям:

-отстройки от расчетного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения, по       

                (5.9.1)

-отстройки от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ, по выражению

                                              (5.9.2)

За расчетное принимается большее из полученных расчетных значений А.

5.10  Определяется относительный минимальный ток срабатывания реле (его чувствительного органа) при отсутствии торможения по (5.2.2). За расчетную принимается сторона среднего напряжения, в соответствии (5.2.2)

5.11  Определяется первичный максимальный ток, проходящий через защищаемый автотрансформатор при внешнем КЗ.   

и соответствующий ему максимальный расчетный ток небаланса , причем составлено для расчетного внешнего КЗ

 (5.11.1)

- коэффициент учитывающий переходный режим, принят равным 2;

=0,1- относительная полная погрешность ТТ ;

kодн- коэффициент однотипности ТТ;

 - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на стороне n, принимается равной половине диапазона регулирования;

 - погрешность выравнивания на неосновной стороне (n-1) объекта.

A.

5.12 Определяется коэффициент торможения защиты:

(5.12.1)

где — относительный максимальный расчетный первичный ток небаланса при расчетном внешнем КЗ;

— полусумма относительных первичных тормозных токов при расчетном внешнем КЗ;

— вторичный ток в плече защиты на стороне, принимаемой в расчете за основную, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора (автотрансформатора);

— номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле TAV или автотрансформаторов тока для стороны, принимаемой в расчете за основную.

и  - расчетный и принятый (номинальный) токи ответвлений промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставок дополнительного торможения на соответствующих сторонах (п.

Значения первичных токов  и , входящих в (5.12.1), рассчитываются по отношению к номинальному току /ном защищаемого трансформатора (автотрансформатора).

Расчетный максимальный первичный ток небаланса  при расчетном внешнем КЗ, необходимый для определения относительных первичного  по (5.12.1) вторичного  по

 (5.12.2)

максимального расчетного тока небаланса, а значения входящих в него составляющих тока небаланса , и, аналогичному

 (5.12.3)

но составленному для расчетного внешнего металлического КЗ. При этом в целях обеспечения недействия защиты от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ коэффициент, учитывающий переходный режим, рекомендуется принимать равным .

Меньшее значение принимается при использовании на разных сторонах защищаемого трансформатора (автотрансформатора) однотипных трансформаторов тока (только встроенных или только выносных) и одинаковой схеме их соединения (например, в звезду), большее значение принимается при использовании для защиты разнотипных трансформаторов тока и разных схемах их соединения (на одной из сторон в звезду, на других— в треугольник).

5.13. Определяется первичный ток срабатывания отсечки по условию отстройки от максимального первичного тока небаланса при переходном режиме КЗ на шинах 110 кВ Значения тока небаланса , , и определяются соответственно по выражению, аналогичному (1.3), но составленному для расчетного КЗ; коэффициент  принят равным 3

Уставка отсечки принята равной . При такой уставке первичный ток срабатывания отсечки больше его расчетного значения и равен

5.14. Определяется коэффициент чувствительности защиты (ее чувствительного органа) .

Результаты расчетов  сведены в табл. 5.3.

                         (5.14.1)

Таблица 5.2 – Значения коэффициентов схемы для различных видов КЗ

Чувствительность защиты (ее чувствительного органа) определяется при металлическом КЗ на выводах) защищаемого трансформатора (автотрансформатора) при работе его на расчетном ответвлении. Расчетными режимами работы подстанции и питающих систем являются реальные режимы, обусловливающие минимальный ток при расчетном виде КЗ.

Коэффициент чувствительности рассчитывается, исходя из первичных токов рассматриваемого вида (т) КЗ и минимального тока срабатывания защиты .

Следует отметить, что, как правило, чувствительность защиты при обеспечивается с большим запасом, поэтому необходимость в ее расчете возникает лишь в особых случаях, характеризуемых весьма малыми токами КЗ в защищаемой зоне.

Чувствительность дифференциальной токовой отсечки не определяется, так как она является вспомогательным элементом, назначение которого — предотвращение недопустимого замедления или отказа срабатывания защиты при больших кратностях тока, когда чувствительный орган может сработать с большим замедлением кл не сработать из-за искажения формы кривой вторичного тока в переходном режиме КЗ (например, при значительном насыщении трансформаторов тока), и торможении вследствие этого чувствительного органа защиты токами второй и более высокими гармониками. Результаты расчетов коэффициентов чувствительности сведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3 - Коэффициенты чувствительности защиты ДЗТ-21

Из табл. 5.3 следует, что чувствительность защиты обеспечивается с большим запасом. Указанное подтверждает то обстоятельство, что расчет чувствительности дифференциальной защиты, выполненной с реле типа ДЗТ-21, как правило, производить не требуется.

Список использованных источников

1  Конспект лекций по курсу «Электрические системы и сети». Преподаватель – Лебединский И.Л. Сумы, СумГУ 2005г.

2  Методические указания по выполнению курсового проекта по курсу «Электрические системы и сети» для специальности 6.000008 «Энергоменеджмент» профилизации «Электроэнергетические системы». Составитель – Лебединский И.Л. Сумы, СумГУ, 2005г.

3  Рожкова Л.Д.Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций.- 3-е изд.- М.:Энергоатомиздат, 1987- 648 с.

4  Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизации /Под ред.А.А.Федорова, и Г.В.Сербиловского- М.:Энергия,1981- 624 с.

5        Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов.- 3е изд., перераб. и доп.- Энергоатомиздат 1987.- 648 с.

6       Методические указания к выполнению курсового проекта «Электрическая часть станций и подстанций» для студентов заочного отделения специальности 6.000008 «Энергоменеджмент» профилизации «Электроэнергетические системы». Составители – Лебединский И.Л., Муриков Д.В., Василега П.А. Сумы, СумГУ, 2005г

7 Методические указания к проведению практических занятий по курсу «Электрическая часть станций и подстанций» для студентов заочного отделения специальности 6.000008 «Энергоменеджмент» профилизации «Электроэнергетические системы». Составители – Лебединский И.Л., Муриков Д.В., Василега П.А. Сумы

8  Электротехнический справочник: в 3х т. Т.3. Кн.1. Производство, передача и распределение электрической энергии/Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г.Герасимова, П.Г.Грудинского и др.- 6е изд. испр. и доп. М.: Энергоиздат, 1982.-656 с., ил.

9       Учебное пособие для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника», по курсу «Основы релейной защиты электрических систем». Часть III. Расчет защит трансформаторов и автотрансформаторов. Мариуполь: ПГТУ, 2001.

10  Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: Руководство для практических расчётов. – М: Энергоатомиздат, 1989. – 176 с.: ил.

11   Бохмат И.С., Воротницкий В.Э., Татаринов Е.П. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах. - "Электрические станции", 1998, ° 9.