МУ по КП. Курсовой проект должен включать в себя введение, основную часть и заключение, а также список использованной литературы
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
Введение Методические указания к курсовому проекту содержат подробную информацию о особенностях применения микропроцессорных блоков релейной защиты. Перед выполнением курсового проекта рекомендуется ознакомиться с содержанием данных методических указаний, поскольку это очень полезно для будущей профессиональной деятельности. Расчеты выполняются аналогично примеру, приведенному в приложении в соответствии с вариантом, определяемым в зависимости от последней цифрой номера договора. Курсовой проект должен включать в себя введение, основную часть и заключение, а также список использованной литературы. Текст введения можно взять из данных методических указаний. В основную часть можно включить теоретические сведения о микропроцессорной релейной защите и, собственно, сами расчеты. В заключении приводятся результаты выполнения курсового проекта. В качестве графической части проекта приводятся все схемы из приложений. Оформление титульного и последующих листов в соответствии с приложениями. Известная электротехническая фирма "Шнейдер Электрик" выпускает и поставляет в Россию различное электрооборудование и в том числе микропроцессорные (цифровые) реле-терминалы серии SEPAM. Компания Шнейдер Электрик с 2000 года приступила к выпуску новой серии микропроцессорных защит SEPAM 1000+. Применяемые при разработке этой серии технические решения позволили создать фактически универсальные устройства релейной защиты с широким спектром применения в сетях 6-35 кВ. Цифровые терминалы серии SEPAM 1000+ обладают всеми стандартными функциями микропроцессорных защит: измерением, релейной защиты, системной автоматики, самодиагностики, диагностики работы коммутационного аппарата и сети, цифрового осциллографирования и имеют связь с системой АСУ по интерфейсу RS-485 c открытым протоколом MODBUS. Данные устройства имеют модульную конструкцию и программное формирование защит. Применяя эти принципы при построении терминалов SEPAM компания Шнейдер Электрик предлагает потребителю многофункциональные программируемые устройства для различных применений в системах релейной защиты и системной автоматики. Таким образом, наладив производство трех типов электронных аппаратов: SEPAM серии 20, SEPAM серии 40 и SEPAM серии 80, компания Шнейдер Электрик выпускает целую серию надежных и простых в эксплуатации устройств. Снижение номенклатуры выпускаемой продукции позволило обеспечить более высокую надежность этих устройств. Терминалы SEPAM имеют 16 типов различных времятоковых характеристик защит. Это позволяет использовать эти реле для работы совместно с другими устройствами релейной защиты, включая электромеханические реле. SEPAM серии 20 представляет собой терминал для использования в простых защитах одного присоединения, основанных на измерении токов или напряжений. Например: защита воздушных линий со встроенным АПВ; защита вводов и фидеров подстанции от междуфазных КЗ и замыканий на землю; защита трансформаторов 6-10 кВ малой мощности от перегрузок (в том числе тепловая защита с учетом температуры окружающей среды и двумя группами уставок для разных режимов обдува); защита двигателей от внутренних повреждений и повреждений, зависящих от нагрузки с контролем режима пуска, включая защиту от перегрузок (в том числе термическая защита с учетом температуры окружающей среды и кривой холодного состояния, которую можно отрегулировать в соответствии с характеристиками двигателя). Устройства SEPAM серии 20 B21 и B22 с модулями измерения напряжения применяются для контроля напряжения и частоты сети; обнаружения потери питания при помощи органов скорости изменения частоты (для распредустройств с генераторами). SEPAM серии 40 позволяет одновременно измерять токи и напряжения. Поэтому, в дополнение к функциям SEPAM серии 20, реле SEPAM серии 40 обеспечивает реализацию направленных защит. SEPAM серии 40 позволяют выполнить защиты кольцевых сетей или сетей с вводами, работающими параллельно; защиты от замыканий на землю для сетей с глухозаземленной нейтралью, изолированной нейтралью и резистивным заземлением нейтрали. В 40-й серии имеется редактор логических уравнений, позволяющий реализовывать различные функции автоматики. Цифровой осциллограф обеспечивает запись 12 аналоговых и 16 дискретных параметров на временном интервале до 20 секунд. В энергонезависимой памяти реле сохраняются подробный журнал последних 200 аварийных состояний и осциллограммы последних 5 аварийных режимов. Устройства 40 серии позволяют выполнять технический учет электроэнергии. SEPAM серии 80 могут быть использованы для защиты любого электроэнергетического оборудования в сетях 6-35 кВ и силовых трансформаторов 110 (220) кВ. Устройства 80 серии обладают всеми необходимыми защитами, имеют большое число дискретных входов и выходных реле (в максимальном варианте - до 42 входов и 23 выходов), расширенный редактор логических уравнений. Это позволяет применять эти терминалы в устройствах сложной системной автоматики. Терминалы SEPAM серии 80 имеют возможность построения (по 30 точкам) и реализации "пользовательской" времятоковой характеристики для токовых защит. Цифровые терминалы SEPAM серии 80 применяются для защиты генераторов средней и большой мощности, трансформаторов 35-220 кВ, мощных синхронных и асинхронных двигателей, трансформаторных вводов с напряжением 6-10 кВ. Функциональное назначение терминалов SEPAM серии 80 и алгоритм работы системной автоматики определяются программным обеспечением сменного картриджа. В программу сменного картриджа также записываются все настройки и регулировки, выполненные пользователем. Заменой картриджа можно изменить назначение цифрового терминала. Для сохранения большого объема записанных осциллограмм аварийных процессов (при исчезновении оперативного питания) применяется литиевая батарея. Какие функции и параметры срабатывания (уставки) выбрать и задействовать, чтобы стандартное заводское "реле" превратить в "релейную защиту" конкретной электроустановки? Ответам на эти практические вопросы посвящено данное учебное пособие, предназначенное для пользователей цифровых реле-терминалов серии SEPAM. В учебном пособии по расчетам характеристик и уставок релейной защиты электроустановок с терминалами SEPAM рассматриваются следующие вопросы: 1. Времятоковые характеристики ступенчатых токовых защит сетей 6 и 10 кВ от междуфазных коротких замыканий (КЗ) и от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) в терминалах SEPAM, предназначенных для присоединений 6-35 кВ распределительных сетей России. 2. Выбор рабочих уставок максимальной токовой защиты (МТЗ) по току и по времени при междуфазных КЗ и при ОЗЗ. Рассматриваются варианты использования различных типов реле (терминалов) на питающих и отходящих линиях в сочетаниях: SEPAM – SEPAM, SEPAM – РТ-80(РТВ), SEPAM – SPAC и т.п., а также SEPAM – ПКТ (предохранитель 6 или 10 кВ). Варианты ОЗЗ рассматриваются для разных режимов заземления нейтрали 6 (10) кВ. Приводятся численные примеры расчетов. Рассматриваются варианты выбора рабочих уставок по току и по времени для токовых отсечек, логической защиты шин 6 (10) кВ. 3. Выбор рабочих уставок защит понижающих трансформаторов 6/0,4 кВ и 10/0,4 кВ: токовой отсечки, максимальной токовой защиты, защиты от ОЗЗ, защиты от КЗ на землю в сети 0,4 кВ. 4. Ввод выбранных характеристик и уставок в цифровых терминалах SEPAM. Расчеты уставок релейной защиты и автоматики электрооборудования в России и других странах имеют многолетние традиции, им посвящен ряд изданий [1 - 6]. Современный расчетчик релейной защиты в России эти традиции должен учитывать при использовании российских и зарубежных устройств РЗА, в том числе новых микропроцессорных (цифровых) реле- терминалов серии SEPAM. 1 Выбор уставок защит линий 6-35 кВ 1.1 Основные виды и схемы сетей 6-35 кВ Распределительные сети 6-35 кВ предназначены для передачи электроэнергии потребителям и состоят из линий электропередачи, питающих ряд трансформаторных подстанций, или вводов к электроустановкам потребителей, а также из трансформаторных подстанций и распределительных пунктов [1,2]. Электрические сети различаются по конструктивному выполнению (воздушные и кабельные линии, токопроводы), по роду тока, напряжения (табл.1.1), по режиму заземления нейтралей трансформаторов, конфигурации, назначению. К распределительным сетям относятся сети переменного тока с номинальным напряжением 0,3835 кВ, а также сети 110 кВ, а иногда и 220330 кВ, не входящие в так называемую основную сеть энергосистемы и предназначенные для питания трансформаторных подстанций. Таблица 1.1- Межфазные напряжения электрических распределительныхсетей трехфазного тока 50 Гц Напряжение, кВ номинальное наибольшее среднее (для расчета токов КЗ) 0,22/0,127 0,38/0,22 0,66/0,38 3 6 10 20 35 110 150 220 330 - 0,4/0,23 0,69/0,4 3,5 6,9 11,5 23,0 40,5 126,0 172,0 252,0 373,0 0,22/0,127 0,4/0,23 0,69/0,4 3,15 6,3 10,5 20,0 37,0 115,0 154,0 230,0 330,0 Сети 635 кВ в России работают с изолированной или резонанснокомпенсированной нейтралью. Они характеризуются малыми токами при однофазных замыканиях на землю (ОЗЗ), т.е. не более 30 А при напряжении 6 кВ и не более 20 А при напряжении 10 кВ. С середины 1990-х годов допускается [2] заземлять нейтраль в сетях 6 и 10 кВ через активное сопротивление (резистор). В режимах с резистивным заземлением нейтрали в зависимости от параметров питающей сети и сопротивления заземляющего резистора значения тока замыкания на землю могут находиться в широких пределах от 4 до 40 А (распределительные устройства собственных нужд некоторых тепловых и атомных электростанций) и до 1000 А в новых городских кабельных сетях. Что касается сетей напряжением до 1 кВ (в основном сетей 0,4 кВ), работающих в режиме с глухозаземленной нейтралью на стороне низшего напряжения, то значения токов при однофазных КЗ на этой стороне зависят, главным образом, от схемы соединения обмоток питающего трансформатора 6/0,4 кВ или 10/0,4 кВ. При соединения обмоток по схеме при однофазном и трехфазном КЗ значения токов примерно одинаковы. При схеме ток однофазного КЗ может быть в 3 раза меньше, чем при трехфазном КЗ в этой же расчетной точке [9, 10]. Линии распределительных электрических сетей напряжением 6 и 10 кВ часто являются радиальными (рис.1.1). Рисунок1.1- Радиальная линия 6 или 10 кВ Пр – предохранитель; Н – нагрузки; В – выключатель; Т – трансформатор. В распределительных сетях 6 и 10 кВ с двумя и более источниками питания параллельная работа этих источников, как правило, не предусматривается. Сеть работает в разомкнутом режиме с точкой (или точками раздела) и, таким образом, линии работают как радиальные (рис.1.2). В случае КЗ на участках 1.2 и 2-3 аварийная мощность (и ток) имеют направление от источника А к месту КЗ. Рисунок1.2 - Сеть 6(10) кВ с двумя источниками А и В, работающими раздельно Однако в ремонтных и аварийных режимах возможен перенос раздела, например, с выключателя 3 на выключатель 1 (рис.1.3). При этом изменяется и направление потока мощности, например, через пункт секционирования 2, как в нормальном, так и в аварийном режиме, например, при КЗ на участке 1.2. Рисунок 1.3-Ремонтная схема сети рис.1.2 (в ремонтном или аварийном режимах) В этом режиме защита на пункте секционирования 2 должна иметь другие уставки по току и по времени, отличные от уставок для нормального режима (рис.1.2). Аналогично и на защите пункта 4 должно быть предусмотрено два набора уставок по току и по времени. Выбор уставок для этих защит производится дважды: один раз для режима по рис.1.2, другой раз для режима по рис.1.3 или ему подобному, но с питанием от источника А при отключенном выключателе 5. Однако в каждом из этих режимов линии рассматриваются как радиальные. При расчетах уставок релейной защиты таким образом каждая из защит 1.5 рассматривается отдельно для всех режимов работы сети. Для возможности оперативного изменения уставок РЗ 2 и РЗ 4 (возможно, и других) необходимо устанавливать по два комплекта РЗ с аналоговыми реле или по одному цифровому реле с двумя наборами уставок, что проще и дешевле. В реле серии SEPAM имеется возможность использования двух или более наборов уставок. Например, для SEPAMS20 (при включении функции логической селективности) группа уставок А используется для выполнения логической селективности, а группа В как временные уставки. В SEPAM 80 серии (с помощью редактора логических уравнений) при наличии 8 ступеней МТЗ можно реализовать до 8 наборов уставок. В случаях параллельной работы двух линий (рис.1.4) на приемных концах каждой из них (выключатели 2 и 4), как правило, устанавливается токовая направленная защита с небольшой выдержкой времени. При КЗ на одной из линий её направленная защита быстро отключает свой выключатель на приемном конце, и, таким образом, обе линии становятся радиальными. Известны и другие способы быстрого перевода подобных линий из режима параллельной работы в радиальный режим (поперечная дифференциальная защита на выключателях 2 и 4, защита «слабой связи» на секционном выключателе 5, который на рис.1.4 показан штриховыми линиями). Терминалы SEPAM 40 и 80 серий имеют в своем составе направленные токовые защиты (код ANSI 67). Рисунок1.4 - Схема сети с двумя параллельно работающими линиями Л1 и Л2ТВ - направленная токовая защита SEPAM Понижающие трансформаторы распределительных сетей различаются мощностями, напряжениями и схемами соединения обмоток (стандартными являются схемы соединения , , , а также и ), диапазонами и способами регулирования напряжения, напряжениями КЗ (u к , %). Защита трансформаторов выполняется в зависимости от этих данных 1.2 Требования к релейной защите Релейная защита элементов распределительных сетей должна соответствовать требованиям «Правил устройств электроустановок» [2], которые предъявляются ко всем устройствам релейной защиты: быстродействие, селективность, надежность и чувствительность. Быстродействие релейной защиты должно обеспечивать наименьшее возможное время отключения коротких замыканий. Быстрое отключение КЗ не только ограничивает область и степень повреждения защищаемого элемента, но и обеспечивает сохранение бесперебойной работы неповрежденной части энергосистемы, электростанции, или подстанции. Быстрое отключение КЗ, как известно, предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы синхронных генераторов и синхронных электродвигателей, облегчает самозапуск электродвигателей, повышает вероятность успешных действий устройств автоматического повторного включения (АПВ) и автоматического включения резервного питания (АВР). Селективным (избирательным) действием защиты называется такое действие, при котором автоматически отключается только поврежденный элемент электроустановки (трансформатор, линия, электродвигатель и т.п.). Требования селективности и быстродействия наиболее просто удовлетворяются при использовании защит, обладающих абсолютной селективностью, как, например, дифференциальные защиты трансформаторов, линий и других элементов энергосистемы. По принципу действия они не срабатывают при КЗ на смежных элементах и поэтому выполняются с мгновенным действием на отключение поврежденного элемента. Но такие защиты не могут использоваться в качестве резервных при КЗ на смежных элементах, для этих целей применяются защиты, обладающие относительной селективностью (максимальные токовые, дистанционные), которые в общем случае должны выполняться с выдержками времени [3]. Время срабатывания этих защит в распределительных сетях выбирается, как правило, только по условию селективной работы при КЗ. Но могут быть случаи, когда требуется снижение времени отключения КЗ даже в ущерб селективности. «Правила» [1] допускают неселективное действие защиты, исправляемое последующим действием устройств АПВ или АВР, в следующих случаях: - для быстрого отключения КЗ с целью предотвращения нарушения устойчивой работы энергосистемы или электроустановок потребителей; - при использовании упрощенных главных электрических схем подстанций с отделителями в цепях трансформаторов (или линий), которые отключаются в бестоковую паузу; это же допущение может быть отнесено к линиям, питающим трансформаторы, защищаемые плавкими предохранителями. Допустимое время отключения КЗ по условиям предотвращения нарушения устойчивости работы энергосистемы или электроустановок потребителей определяется службами (группами) электрических режимов энергосистемы. Приближенно считается, что защита должна действовать без замедления при всех КЗ, обуславливающих остаточные напряжения ниже (0,6 0,7) U ном на сборных шинах, через которые осуществляется параллельная работа синхронных машин или питаются ответственные потребители. Быстрое отключение КЗ может потребоваться и для сохранения в целости линий с малым сечением проводов, не обладающих необходимой термической стойкостью при имеющемся уровне токов КЗ. Во всех остальных случаях действие защит с относительной селективностью может происходить с некоторым замедлением, однако следует стремиться к тому, чтобы замедление было минимальным. Это возможно при использовании современных цифровых реле и выключателей, при умелом применении обратнозависимых времятоковых характеристик токовых реле максимальных защит, что рассмотрено далее. Надежность функционирования релейной защиты предполагает надежное срабатывание устройства при появлении условий на срабатывание и надежное несрабатывание устройства при их отсутствии. Надежность функционирования релейной защиты должна обеспечиваться устройствами, которые по своим параметрам и исполнению соответствуют назначению и условиям применения, а также надлежащим обслуживанием этих устройств. Однако многолетний опыт обслуживания аналоговых устройств РЗА, которые пока составляют большую часть работающих реле, показывает, что несмотря на проведение периодических трудоемких профилактических проверок, нет гарантии исправного состояния аналоговых реле. Цифровые реле SEPAM обладают функцией непрерывной диагностики. Наряду с выполнением всех необходимых мероприятий по обеспечению надежности функционирования устройств релейной защиты должно предусматриваться резервирование возможных отказов защит или выключателей. «Правила» [1] указывают на необходимость установки резервных защит, обеспечивающих дальнее резервирование, т.е. способность действовать при КЗ на смежных линиях в случае отказа собственной защиты или выключателя поврежденной линии (шин, трансформатора и т.п.). |