Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)

Г.Н. Чмыхалов, А.В. Тютин, Н.О. Калинина

Расчеты токов короткого замыкания при проектировании релейной защиты и автоматики на ПЭВМ

Методические указания

к курсовому и дипломному проектированию

Новочеркасск 2008

УДК 519.628 (076.5)

Рецензент – канд. техн. наук, доцент кафедры «Автоматизированные

электроэнергетические системы» П.А. Васильев

Составители: Чмыхалов Г.Н., Тютин А.В., Калинина Н.О.

Расчеты токов короткого замыкания при проектировании релейной защиты и автоматики на ПЭВМ: метод. указания к курсовому и дипломному проектированию /Юж.–Рос. гос. техн. ун-т.–Новочеркасск: ЮРГТУ, 2008.– 31 с.

Приведены правила и порядок подготовки исходных данных для расчетов токов короткого замыкания при проектировании релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. Дано описание комплекса программ « ТКЗ-3000» и правила его применения при расчетах токов короткого замыкания в именованных единицах.

Методические указания предназначены для студентов специальностей «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» и «Электрические станции» всех форм обучения, изучающих дисциплины «Основы проектирования релейной защиты и автоматики энергосистем» и «Специальные вопросы релейной защиты», при выполнении курсового и дипломного проектирования.

УДК 519.628 (076.5)

Ó Южно-Российский государственный технический университет, 2008

Ó Чмыхалов Г.Н., Тютин А.В.,

Калинина Н.О., 2008

Введение

При проектировании релейной защиты и автоматики (РЗА) электроэнергетических систем рассчитываются уставки и проверяется чувствительность основных и резервных защит воздушных и кабельных линий электропередачи, основного оборудования электрических станций и подстанций (синхронные генераторы и компенсаторы, трансформаторы и автотрансформаторы, блоки генератор – трансформатор, сборные шины и т.д.). Для решения этих задач производятся расчеты токов короткого замыкания (КЗ) разных видов (трехфазные, двухфазные, однофазные и двухфазные КЗ на землю) в расчетных точках электрической схемы при различных режимах работы сети. Расчет токов КЗ является одним из наиболее сложных и объемных расчетов при проектировании и поэтому его целесообразно автоматизировать с использованием ПЭВМ.

Одним из средств автоматизации расчетов токов КЗ является промышленный комплекс программ ТКЗ-3000 для расчетов электрических величин при повреждениях и расчетов уставок РЗА [1]. Комплекс позволяет рассчитывать электрические величины в трехфазной симметричной сети любого напряжения при однократной продольной или поперечной несимметрии.

В предлагаемых методических указаниях на примере участка электроэнергетической системы, включающего в себя блочную электрическую станцию (ГРЭС), линии межсистемной связи, районные подстанции, показаны основные этапы выполнения расчетов токов КЗ на ПЭВМ с применение программы ТКЗ-3000. Расчеты включают в себя составление схем замещения прямой и нулевой последовательности (СЗПП, СЗНП), ввод и коррекцию исходных данных, собственно выполнение расчетов, интерпритацию полученных результатов и проверку истинности результатов, вывод результатов расчетов на печать. Отдельно следует обратить внимание на тщательность и аккуратность подготовки исходных данных, от которых зависит не только правильность получаемых результатов, но и объем машинного времени, требуемого на расчет.

1. Традиционный порядок расчетов токов кз

Предварительно напомним основные этапы при традиционном (ручном) расчете токов КЗ для релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем [2] .

Исходная схема сети представляет собой однолинейную электрическую схему проектируемого района, на которой указывают:

1. Схему с номинальными напряжениями, длинами линий, марками проводов, наличием заземляющих тросов и их материала. Обязательно учитывают параллельность линий, частичную или полную, а также указывают расстояние между параллельными линиями.

2. Схему электрических соединений электростанций и подстанций с параметрами трансформаторов, автотрансформаторов (мощность, напряжение КЗ, группы соединения обмоток, пределы регулировки напряжения), генераторов (мощность, номинальное напряжение, сверхпереходное реактивное сопротивление) [3]; кроме того, места установки и типы коммутационной аппаратуры.

3. Приведенные к шинам подстанций защищаемой сети величины сопротивлений прямой (обратной) и нулевой последовательностей других частей системы, соответствующие максимальному и минимальному режимам работы.

Кроме того, в исходных данных необходимо отразить ряд особенностей, влияющих на выбор принципов и расчет уставок релейной защиты:

1. Применение подстанций без выключателей на стороне высокого напряжения с установкой короткозамыкателей и отделителей. Здесь возникает необходимость отключения линии с питающего конца при КЗ на приемной подстанции, например, в трансформаторе.

2. Присоединение потребителей к линии электропередачи глухими отпайками. При этом усложняется выбор уставок защит, особенно для параллельных линий.

Для исходной схемы сети анализируются её основные режимы. Основные режимы сети касаются уровня загрузки системы и режима заземления нейтрали.

1. По уровню загрузки системы режимы разделяют на максимальный или нормально-эксплуатационный, когда в работе находятся все элементы энергосистемы, и минимальный, когда часть генераторов и линий отключены при минимальном режиме работы смежной системы. Режим работы для выбора уставок и оценки чувствительности защит рассматриваются конкретно для каждой защиты элемента сети и для каждого вида КЗ.

2. Режимы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов принимают на основании следующих основных положений:

а) нейтрали всех автотрансформаторов заземляются наглухо;

б) заземление нулевых точек трансформаторов электростанций весьма желательно, так как при этом исключается возможность работы участка сети в режиме изолированной нейтрали с появлением перемежающейся дуги.

в) режим заземления нейтралей нулевых точек понизительных трансформаторов в основном определяется условиями работы релейной защиты (обычно заземляют только часть трансформаторов для того, чтобы при всех переключениях число заземленных трансформаторов не менялось).

г) силовые трансформаторы с резко-выраженной несимметричной нагрузкой (например, подстанций электротяги, работающей на однофазном переменном токе) требуют заземления нейтралей обмоток высокого напряжения, соединенных в звезду и присоединенных к сети 110–220 кВ.