Релейная защита элементов электрической станции. Курсовая работа Релейная защита элементов электрической станции
 Скачать 433.68 Kb.
|
1 2
Кафедра «Электрические станции» Курсовая работа «Релейная защита элементов электрической станции» Вариант №16 Выполнила: студентка 4-ЭТФ-1 Принял: ст. преподаватель Самара, 2021г. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ ВЫБОРА УСТАВОК РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ. Расчет токов короткого замыкания для блока генератор-трансформатор с генератором ТГВ-300, схема которого приведена на рис.П.2.1.  Рис.П.2.1 Схема блока генератор-трансформатор для расчета токов КЗ На этой схеме показаны точки КЗ, для которых выполняется расчет. Для удобства расчета защит ток, притекающий к каждой точке КЗ, определяется для каждой ветви. Данные для расчета приведены в табл. П2.1-П2.4. Параметры генератора G1 Таблица П2.1
Параметры трансформатора блока Т1 Таблица П2.2
Параметры трансформатора собственных нужд Таблица П2.3
Токи короткого замыкания в точке К1 от системы ( без блока G1-T1) Таблица П2.4
Для расчета токов КЗ составляем схему замещения (рис.П.2.2).  Рис.П.2.2 Схема замещения для расчетов токов КЗ Определяем сопротивления ветвей схемы замещения. Все величины приводим к UВН=121кВ. Сопротивление системы (ветвь 4) в максимальном и минимальном режимах работы:  хс.min=  Ом.Сопротивление трансформатора (ветвь 2): хТ=  Ом.Сопротивление генератора (ветвь 1): хГ=  Ом.Сопротивление ТСН (ветвь 3): хТСН=  Ом.Токи КЗ в точке К1: -от системы (из задания) I(3)∑к.max=8,4 кА; I(3)∑к.min=5,5 кА. -ток в точке К1 по ветви трансформатора блока (ветвь 2): I(3)К1(бл)=  кА.Токи КЗ в точке К2: -от генератора (ветвь 1): I(3)К2(ген)=  кА.-от системы по ветви трансформатора блока (ветвь 2): I(3)К2(т)=  кА.Ток КЗ в точке К3 (за ТСН): I(3)К3=  кА,где результирующее сопротивление  : = Ом.Рассчитанные токи КЗ (рис.П.2.1): В точке К1: -от системы I(3)К1max=8,4 кА; -по ветви трансформатора блока I(3)К1(бл)=6,1 кА. В точке К2: -по ветви генератора блока I(3)К2(ген)=9,09 кА; -по ветви трансформатора блока (от системы) I(3)К2(с)=5,84кА. Результирующий ток КЗ в точке К2: I(3)∑К2=I(3)К2(ген)+I(3)К2(с)=9,09+5,84=14,93 кА. В точке К3: I(3)К3=0,82 кА. Все токи приведены к напряжению 115кВ.  Рис.1.1. Схема блока генератор-трансформатор. Защита выполняется двухступенчатой и содержит чувствительный токовый орган с торможением и дифференциальную отсечку. 1. Продольная дифференциальная защита генератора. Расчета продольной дифференциальной защиты генератораТГВ-300 МВт, работающего блоком странсформатором.Схема блока приведена на рис. 1.1. Данные для расчета Тип и номинальная мощность генератора: ТГВ-300, Рном= 300 МВт. Номинальная полная мощность Sном=352 МВА. Номинальное напряжение генератора Uном=20 кВ. cosφном=0,85. Номинальный ток Iном=10,2 кА. Максимальное значение тока трехфазного КЗ при повреждении на выводах генератора (точка К2 рис.1.1) I(3)К2(ген)  кА (ток приведен к UВН = 115кВ).Расчет Защита выполняется двухступенчатой: первая ступень – чувствительная защита с торможением, вторая ступень – дифференциальная отсечка. Начальный ток срабатывания защиты Iс.р.0 определяется по условию отстройки защиты от тока небаланса в номинальном режиме по (1.4) и (1.5)  где коэффициент отстройки принимается равным 2,0. Ток небаланса в номинальном режиме:  где ε = 0,1 – относительная погрешность трансформаторов тока; kодн– коэффициент однотипности трансформаторов тока, принят равным 0,5. Тогда: Iс.р.0=  кА.Уставка задается в долях от номинального тока генератора  Коэффициент торможения kт выбирается с учетом отстройки защиты от токов небаланса при внешних КЗ или асинхронном режиме по (1.6):  Максимальное значение тока трехфазного КЗ при повреждении на выводах генератора (точка К2 рис. 1.1), приведенное к напряжению генератора Ikmax=I(3)К2(г)= 9,09∙115/20 = 52,26 кА. Максимальный ток небаланса при внешнем КЗ по (1.7):  где коэффициент kапер принят равным 2, ε = 0,1, kодн= 0,5. Тормозной ток при внешнем КЗ по (1.2) равен  Если не учитывать ток небаланса, то I1=I2=I(3)К2(г), угол α=  ; =1.IТ =I(3)k.max=I(3)К2(г)=52,26 кА. Тогда при kотс=2  Минимальная уставка  = 0,3 ( ).Принимаем = 0,3 ( ).Точка излома тормозной характеристики В. При выборе В должно выполняться условие:  Принимаем значение В=1,5. Ток срабатывания дифференциальной отсечки принимаем равным  , тогда  кА.Отсечка обеспечивает быстрое и надежное срабатывание защиты при внутренних КЗ с большими токами. Уставки защиты: - начальный ток срабатывания чувствительного органа  - коэффициент торможения = 0,3;- ток торможения блокировки В=1,5; - ток срабатывания дифференциальной отсечки  ;Защита действует через матрицу выходных реле: - на отключение выключателя генератора Q2; - на гашение поля генератора и резервного возбудителя (отключение АГП); - на останов турбины. 2. Дифференциальные токовые защиты трансформатора блока, блока «генератор – трансформатор» и трансформатора собственных нужд.Расчет дифференциальной защиты трансформатора блока с генератором типа ТГВ-300.Защита от внутренних повреждений блочного трансформатора и от КЗ на его выводах. Защита подключается к трансформаторам тока на стороне высшего напряжения ТА4, к трансформаторам тока в цепи генератора ТА3 и к трансформаторам тока на стороне высшего напряжения трансформатора собственных нужд (ТСН) ТА5. (рис. 1.1) Данные для расчета. Тип и номинальная мощность генератора: ТГВ-300, Рном= 300 МВт. Номинальная полная мощность генератора Sном=352 МВА. Номинальное напряжение генератора Uном=20 кВ. cosφном=0,85. Номинальный ток Iном=10,2 кА. Тип и номинальная мощность блочного трансформатора ТДЦ-400000/121/20; Sном = 400 МВА. Номинальное напряжение сторон ВН: Uном.ВН = 121кВ. Номинальное напряжение сторон НН: Uном.НН = 20 кВ. uk% = 10,5%. Тип и номинальная мощность ТСН: ТРДНС-40000/20/6/6. Схема соединения силового трансформатора – Y/∆. Вторичные обмотки трансформаторов тока на всех сторонах соединяются по схеме «звезда». Максимальные токи внешних трехфазных КЗ: - при повреждении в точке К1 I(3)К1(бл)  кА;- при повреждении в точке К2 I(3)К2(с)  кА;- при повреждении в точке К2'I(3)К2’  кА.Все токи приведены к UВН блока. Расчет. Первичные токи, соответствующие номинальной мощности трансформатора: на стороне ВН – Iном.ВН =  А; на стороне НН – Iном.НН =  А.Первичный номинальный ток трансформатора собственных нужд на стороне ВН: Iном.ТСН =  А,однако в защите трансформатора следует учитывать первичный ток, соответствующий номинальной мощности защищаемого трансформатора, а не ТСН: Iном.стор.ТСН =  А.Коэффициенты трансформации трансформаторов тока: сторона ВН КI ВН = 2000/5; сторона НН КI НН = 12000/5; сторона ВН ТСН КI ТСН = 1500/5. Вторичные обмотки трансформаторов тока со всех сторон защищаемого трансформатора соединяются по схеме «звезда», при этом коэффициент схемы – kсх.ТТ.сторон = 1. Схема соединения обмоток трансформатора блока вводится в качестве уставки. Компенсация фазового сдвига и коэффициента схемы сторон ВН для дифференциальной защиты осуществляется программно. Базисные токи для терминала защиты определяются по выражению: Iбаз.стор. =  где  - номинальный ток соответствующей стороны;kсх.ТТ.стор – коэффициент схемы, учитывающий схему соединения трансформаторов тока стороны (для ТТ, соединенных в «звезду» kсх.ТТ.стор=1). КIстор – коэффициент трансформации трансформаторов тока соответствующей стороны. Для рассматриваемого примера базисные токи по сторонам соответственно равны: на стороне ВН: Iбаз.ВН =  А;на стороне НН: Iбаз.НН =  А;на отпайке к ТСН: Iбаз.ТСН =  А,что значительно превышает входной номинальный ток терминала, который равен Iном.р. = 5 А, поэтому в схеме используется промежуточный понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации КI АТ = 50/5. Тогда Iбаз.ТСН =  А.Базисные токи для сторон вводятся в терминал в качестве уставок. По ним в терминале определяются коэффициенты коррекции для выравнивания вторичных токов по величине. Дифференциальная защита трансформатора блока выполняется двухступенчатой: первая ступень – чувствительная защита с торможением, вторая – дифференциальная отсечка. Выбор уставок защиты. Для дифференциальной защиты трансформатора блока выбираются уставки: - начальный ток срабатывания защиты Iср.0; - ток торможения блокировки В; - коэффициент торможения kT; - уровень блокировки по вторичной гармонике k2 бл; - ток срабатывания дифференциальной отсечки Iср.отс. 1. Начальный ток срабатывания защитыIср.0 определяется по условию отстройки от тока небаланса в номинальном режиме по (2.5). Iср.0=  ; ,где kотс =2; kодн=1 (трансформаторы тока со стороны ВН иНН разных типов, kапер=1; ε=0,1;  =0,02 (точность выравнивания 2%);  =0,05 (АТ используется).Iср.0 =  А.Уставка  2. Коэффициент торможенияkT выбирается по условию отстройки от тока небаланса при внешнем КЗ или асинхронном режиме по выражению (1.6): kT =  ,где коэффициент отстройки kотс =2. Ток небаланса:   .Ток торможения по (1.2) равен току внешнего КЗ: IТ=  ,тогда kT=  , при этом угол φ=arctgkT=  .3. Точка излома тормозной характеристики В. Принимаем рекомендуемое значение В=1,5. 4. Уровень блокировки чувствительной ступени по второй гармонике для обнаружения броска тока намагничивания при включении трансформатора. Принимаем k2 бл=0,1(10%). 5. Ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается по двум условиям: - по условию отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение:  , А;- по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешнем К2’. Максимальный ток внешнего КЗ будет при повреждении в точке КЗ: Iк.ВН.max(K2') = IК2 от ген+IК2 от сист=14930 А (приведен к UВН блока). Ток КЗ в относительных единицах будет равен: I*к.ВН.max(K2')=  =7,822  Принимаем  Защита действует через матрицу выходных реле на полный останов блока, а именно: - на отключение генераторного выключателя Q2 (если он есть); - на гашение поля генератора и резервного возбудителя; - на останов турбины; - на отключение выключателя Q1 со стороны ВН блока; - на отключение выключателей со стороны 6 кВ ТСН; - на включение короткозамыкателей в нейтрали трансформатора, если она может разземляться (только для блоков с UВН=115 кВ) 3.Поперечная дифференциальная токовая защита генератора.Расчет поперечной дифференциальнойзащиты генератора типа ТГВ-300.Данные для расчета. Генератор типа ТГВ-300; Рном=300 МВт. Номинальный ток генератора Iном=10,2 кА. Коэффициент трансформации трансформатора тока, установленного в перемычке между двумя нейтралямиКI= 12000/5. Расчет. Ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса при внешних КЗ по (3.1) равен: Iс.з.=(0,2÷0,3)Iном=0,2∙10,2=2,04 кА, где Iном – номинальный ток генератора. Уставка задается во вторичных токах: Iс.р.=  где КI – коэффициент трансформации трансформаторов тока, принят равным 12000/5. Регулируется в диапазоне токов от 0,1 до 1,5 А с шагом 0,01. 4.Защита от замыканий на землю обмотки статора генератора, работающего в блоке с трансформатором. Для всех генераторов, работающих блоком с трансформатором, можно принять следующие уставки: 1. Напряжение срабатывания органа напряжения нулевой последовательности U0 должно быть отстроено от напряжения небаланса в нормальном режиме:  (4.7)Обычно принимается  при этом напряжение срабатывания реле можно принять равным  (регулируется от 2 до 20 В вторичных с шагом 0,1 В).2. Уставка по коэффициенту торможения kT может регулироваться в пределах от 1,0 до 3,0 с шагом 0,1. Рекомендуется принять kT=1,5. При этом:  т.е. зона действия органа третьей гармоники U03 будет составлять ≈29% витков со стороны нейтрали. 3. Орган U2 в защите не используется, поскольку орган U0 отстроен от напряжения небаланса в нормальном режиме и при внешних КЗ. Защита действует на отключение генератора, гашение поля и останов турбины. При этом органU03 действует без выдержки времени, а у органа U0 может быть предусмотрена выдержка времени  для отстройки от переходных процессов при замыканиях на землю со стороны ВН блока. Выдержка вводится, если блок работает с разземленнойнейтралью. Если нейтраль блока заземлена, выдержка времени исключается программной накладкой.5.Защита от замыканий на землю в обмотке ротора генератора. - уставка по активному сопротивлению I ступени принимает значение в диапазоне от 0,1 до 50 кОм с шагом 0,1 кОм; - уставка по активному сопротивлению II ступени принимает значение в диапазоне от 0,1 до 10 кОм с шагом 0,1 кОм; - уставка по компенсирующей емкости моста Скпринимает значение от 0,2 до 6,0 мкФ с дискретностью 0,025мкФ. Предварительно могут быть приняты уставки: - I ступень ReIуст=50кОм, ступень действует на сигнал с выдержкой времени 9 с; - II ступень ReIIуст=10кОм, ступень действует на отключение с выдержкой времени tc.з.= 1-2 с. Уставки защиты уточняются при наладке после измерения изоляции ротора генератора. При наладке контур компенсации балансируется с помощью Ск на минимум небаланса на защищаемом объекте. Компенсирующая емкость моста Ск может принимать значение от 0,2 до 6 мкФ с дискретностью 0,025 мкФ. 6. Токовая защита обратной последовательности (защита от несимметричных КЗ и несимметричных перегрузок). Расчет токовой защиты обратнойпоследовательности для блока с генератором ТГВ-300 МВт.Данные для расчета. Генератор типа ТГВ-300 МВт; трансформатор типа ТДЦ-400000/121/20. Номинальный ток генератора Iном.г.=10,2 кА. Ток трехфазного КЗ при повреждении на выводах ВН блока (точка К1, рис.1.1): I(3)К1(от блока) = 6,1 кА (приведен к UВН блока). Этот ток, приведенный к UГ=20 кВ: I(3)К1(20)=  кА.Ток обратной последовательности в относительных единицах, протекающий по генератору при двухфазных КЗ на выводах ВН блока:  о.е.Ток трехфазного КЗ на выводах генератора (точка К2, ток от генератора, рис.1.1): I(3)К2(121) = 9,09 кА (приведен к UВН блока). Этот ток, приведенный к UГ = 20 кВ: I(3)К2(20)=  кА.Ток обратной последовательности в относительных единицах, протекающий по генератору при двухфазном КЗ на его выводах:  о.е.Максимальное время действия резервных защит линий, отходящих от шин ВН блока tc.з.рез=2,8 с. Расчет защиты. 1. Расчет отсечки. Принимаем ток срабатывания органа отсечки: I*2отс=0,6о.е., Iс.з.отс= 0,6∙Iном.г= 0,6∙10,2 = 6,12 кА. Отсечка действует с двумя выдержками времени. Первая выдержка времени отсечки (действует на деление шин стороны ВН) выбирается по условию согласования с максимальным временем резервных защит присоединений:  ,где ступень селективности  Максимальное время действия резервных защит ЛЭП115 кВ равно  =2,8 с. Тогда: .Вторая выдержка времени отсечки выбирается на ступень селективности  больше, чем первая: 2. Уставка интегрального органа принимается равной А=8. 3. Ток срабатывания пускового органа принимается равным: I*2 пуск=0,1о.е.; I2 пуск=0,1∙Iном.г=0,1∙10,2 =1,02 кА. 4. Ток срабатывания сигнального органа принимается равным: I*2сигн=0,05о.е.; I2сигн=0,05∙Iном.г=0,05∙10,2 =0,51 кА. 5. Максимальное время действия защиты (срабатывания интегрального органа на отключение) выбирается меньше, чем допустимое время по тепловой характеристике протекания тока обратной последовательности при срабатывании пускового органа:  .Допустимое время устранения:  .Если принять время устранения несимметрии дежурным персоналом tуст = 10 мин, то максимальное время действия защиты:  .6. Минимальное время действия защиты  выбирается больше, чем допустимое по тепловой характеристике время при протекании максимального тока обратной последовательности при двухфазном КЗ на выводах генератора: .Допустимое время по тепловой характеристике:  Принимаем:  =1,22+0,2=1,42 с.7. Построение тепловой характеристики и характеристики срабатывания защиты. Рассчитаем время срабатывания интегрального органа по выражению:  ,задаваясь значениями I*2. Расчет сведем в таблицу 6.1. Таблица 6.1
Рассчитанная характеристика интегрального органа для блока с генератором 300 МВт приведена будет иметь подобный вид (рис.7.1). На этом рис.7.1 также показаны: - максимальное время срабатывания интегрального органа  ;- минимальное время срабатывания пускового органа  =1,42 с.;- ток срабатывания пускового органа I*2 пуск=0,1 о.е.; - ток срабатывания отсечки I*2отс=0,6 о.е.; - ток обратной последовательности при двухфазном КЗ в точке К1  о.е.;- ток обратной последовательности при двухфазном КЗ в точке К2  о.е.;- время срабатывания I ступени отсечки  ;- время срабатывания II ступени отсечки  1 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
I(3)∑к.max, кА
, с