Semestrovye_zadania
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Электрические станции, сети и системы»
621.316(07) С143
А.Н. Садовников
СЕМЕСТРОВЫЕ ЗАДАНИЯ ПО КУРСУ:
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Учебное пособие
Челябинск Издательский центр ЮУрГУ
2014
УДК 621.316.925(075.8) С143
Одобрено учебно-методической комиссией энергетического факультета
Рецензенты:
Ю.П. Ильин, В.М. Тарасенко
Садовников А.Н.
С143 Семестровые задания по курсу: Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем: Учебное пособие. / А.Н. Садовников. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2014. – 68 с.
Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы бакалавров по направлению 140400.62 – Электроэнергетика и электротехника всех профилей подготовки.
В учебном пособии даны варианты семестровых заданий по курсу РЗА ЭЭС, рассмотрены методические указания по их выполнению, приводятся необходимые справочные материалы.
УДК 621.316.925(075.8)
© Издательский центр ЮУрГУ, 2014
2
1. Варианты семестровых заданий
Задание № 1
Максимальная токовая защита с независимой характеристикой выдержки времени
Произвести расчёт параметров максимальной токовой защиты от междуфазных КЗ, установленной на выключателе Q1 КРУ 10 кВ распределительного пункта (РП) А (рис. 1.1), выполненной на электромагнитных реле РТ 40. Оперативный ток на РП А – постоянный. Ступень селективности принять 0,5 с. Изобразить принципиальную схему защиты и составить спецификацию. Варианты исходных данных указаны в табл. 1.1.
Рис. 1.1. Схема сети 10 кВ
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
|
|
|
( |
) |
|
Выдержки времени |
||
Вариант |
IР. МАКС. W1, А |
kСАМ. ЗАП |
IКЗ. МИН, кА |
защит, с |
||||
|
|
|
К1 |
К2 |
К31 |
tC. З. 2 |
|
tC. З. 3 |
1 |
460 |
1,4 |
3,0 |
2,3 |
2,0 |
1,5 |
|
0,7 |
2 |
80 |
1,5 |
1,0 |
0,6 |
0,4 |
1,2 |
|
0,6 |
3 |
185 |
1,3 |
1,2 |
0,9 |
0,7 |
1,8 |
|
0,4 |
4 |
1200 |
1,2 |
7,5 |
5,6 |
4,8 |
2,0 |
|
0,5 |
5 |
510 |
1,6 |
2,2 |
1,8 |
1,5 |
1,0 |
|
1,2 |
6 |
130 |
1,4 |
1,5 |
1,0 |
0,6 |
1,3 |
|
1,3 |
7 |
850 |
1,3 |
3,8 |
3,0 |
2,1 |
1,7 |
|
0,8 |
8 |
320 |
1,5 |
3,5 |
2,8 |
1,5 |
1,6 |
|
1,1 |
9 |
630 |
1,3 |
4,0 |
3,0 |
2,5 |
1,8 |
|
0,9 |
0 |
720 |
1,3 |
4,0 |
3,0 |
2,5 |
2,0 |
|
1,0 |
Примечание: 1 – ток короткого замыкания при повреждении в точке КЗ (на стороне низкого напряжения трансформатора) приведен к высокой стороне (10 кВ).
3
Задание № 2
Максимальная токовая защита с ограниченно-зависимой характеристикой выдержки времени
Произвести расчёт параметров максимальной токовой защиты от междуфазных КЗ, установленной на выключателе Q1 КРУ 10 кВ распределительного пункта (РП) А (рис. 1.2), выполненной на индукционных реле РТ 81. Оперативный ток на РП А – постоянный. Ступень селективности принять 0,8 с. Построить карту селективности сети. Изобразить принципиальную схему защиты и составить спецификацию. Варианты исходных данных указаны в табл. 1.2.
Рис. 1.2. Схема сети 10 кВ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
|
|
|
|
( ) |
|
|
|
Выдержки времени |
||
Вариант |
IР. МАКС. W1, А |
kСАМ. ЗАП |
|
IКЗ |
, кА |
|
защит, с |
|||
|
|
|
К1 |
К2 |
К3 |
К4 |
tC. З. 2 |
|
tC. З. 3 |
|
1 |
210 |
1,2 |
2,0 |
1,3 |
|
0,8 |
0,6 |
1,4 |
|
1,6 |
2 |
560 |
1,1 |
5,0 |
3,4 |
|
2,0 |
1,6 |
0,7 |
|
0,6 |
3 |
170 |
1,2 |
1,6 |
1,0 |
|
0,6 |
0,5 |
1,5 |
|
1,7 |
4 |
350 |
1,1 |
3,5 |
2,3 |
|
1,4 |
1,0 |
1,1 |
|
0,9 |
5 |
400 |
1,2 |
3,5 |
2,5 |
|
1,5 |
1,1 |
1,0 |
|
1,2 |
6 |
240 |
1,1 |
2,2 |
1,4 |
|
0,9 |
0,7 |
1,3 |
|
1,1 |
7 |
500 |
1,2 |
4,0 |
2,5 |
|
1,5 |
1,4 |
0,8 |
|
1,0 |
8 |
290 |
1,1 |
2,8 |
1,8 |
|
1,1 |
0,8 |
1,2 |
|
1,0 |
9 |
450 |
1,1 |
3,8 |
2,5 |
|
1,5 |
1,2 |
0,9 |
|
1,1 |
0 |
590 |
1,2 |
6,0 |
4,0 |
|
2,4 |
1,7 |
0,6 |
|
0,8 |
4
Задание № 3
Максимальная токовая защита на переменном оперативном токе
Произвести проверку по отключающей способности трансформаторов тока максимальной токовой защиты от междуфазных КЗ, установленной на выключателе Q1 КРУ 10 кВ распределительного пункта (РП) А (рис. 1.2), выполненной на индукционных реле РТ 85. Оперативный ток на РП А – переменный с дешунтированием электромагнитов отключения выключателя. Изобразить принципиальную схему защиты и составить спецификацию. Варианты исходных данных указаны в табл. 1.2.
Сопротивление электромагнита отключения указано в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
ZЭМО, Ом |
0,25 |
0,35 |
0,25 |
0,30 |
0,30 |
0,25 |
0,30 |
0,30 |
0,25 |
0,20 |
5
Задание № 4
Дифференциальная токовая защита с торможением
Рассчитать параметры дифференциальной защиты трансформатора с торможением выполненной на реле ДЗТ 11. Изобразить принципиальную схему и составить спецификацию. Оперативный ток на подстанции – постоянный. Группа соединений силового трансформатора звезда / треугольник 11 группа. Коэффициент перегрузки трансформатора принять kПЕР = 1,4. Тип РУ на сторонах 110 кВ и выше – ОРУ, на сторонах 35 кВ и ниже – КРУ(ЗРУ).
Варианты исходных данных указаны в табл. 1.4.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
|
|
Характеристики понизительного |
|
Мощность |
|||
Вариант |
|
трансформатора |
|
|
КЗ, МВА |
||
Тип |
SН, МВА |
UНОМ. ВН, кВ |
|
UНОМ. НН, |
UК, % |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
кВ |
|
|
1 |
ТДН |
40 |
110±16% |
|
6,6 |
10,2 |
1000 |
2 |
ТЦ |
100 |
220±10% |
|
35 |
11 |
25000 |
3 |
ТД |
25 |
115±5% |
|
10 |
8 |
1000 |
4 |
ТМНС |
10 |
10,5±16% |
|
6,3 |
14 |
900 |
5 |
ТД |
63 |
121±10% |
|
10,5 |
10,5 |
1500 |
6 |
ТДЦ |
80 |
242±10% |
|
13,8 |
11 |
1000 |
7 |
ТМН |
16 |
115±10% |
|
6,3 |
11 |
800 |
8 |
ТМ |
10 |
10±10% |
|
6,6 |
12 |
750 |
9 |
ТМ |
6,3 |
35±10% |
|
6,3 |
9 |
600 |
0 |
ТМН |
16 |
35±10% |
|
10,5 |
9,5 |
750 |
6
Задание № 5
Защита электродвигателей 6-10 кВ
Для электродвигателя 6 кВ, параметры которого представлены в табл. 1.5 рассчитать параметры защиты электродвигателей от многофазных КЗ и защиты от перегрузки, действующей на сигнал, выполненных на реле РТ 86.
Таблица 1.5
Вариант |
PД. НОМ, кВт |
cos φ |
КПД η, % |
KП |
ТП, с |
I( ), кА |
|
|
|
|
|
|
КЗ |
1 |
400 |
0,89 |
93 |
5,1 |
9 |
6,3 |
2 |
500 |
0,895 |
93,5 |
5,7 |
12 |
7,2 |
3 |
630 |
0,9 |
93,8 |
5,7 |
12 |
8,4 |
4 |
800 |
0,9 |
94,5 |
5,4 |
11 |
8,9 |
5 |
1000 |
0,9 |
94,8 |
6,0 |
12 |
5,9 |
6 |
1250 |
0,9 |
94,5 |
5,5 |
11 |
4,8 |
7 |
1600 |
0,9 |
95 |
5,5 |
11 |
5,7 |
8 |
1800 |
0,9 |
95,5 |
5,5 |
11 |
12,1 |
9 |
520 |
0,74 |
94,1 |
4 |
8 |
9,3 |
0 |
750 |
0,75 |
92,4 |
4,1 |
9 |
6,8 |
7
2. Методические указания к семестровым заданиям
Задание № 1
Рассмотрим расчет параметров МТЗ на примере исходных данных, указанных в таблице 2.1.
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.1 |
IР. МАКС, А |
kСАМ. ЗАП |
IКЗ.( ) МИН, кА |
Выдержки времени защит, с |
|||
К1 |
К2 |
К3 |
tC. З. 2 |
tC. З. 3 |
||
200 |
2,5 |
2,0 |
1,5 |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
Ток срабатывания МТЗ рассчитывается по формуле [стр. 100, 1]:
IС. З = |
kН ∙ kСАМ. ЗАП |
∙ IР. МАКС. = |
1,2 ∙ 2,5 |
∙ 200 = 750 А, |
|
kВОЗ |
0,8 |
|
|||
|
|
|
|
||
где kН – коэффициент надежности для токовых защит на электромагнитных реле РТ 40 рекомендуется принимать равным 1,2; коэффициент самозапуска нагрузки kСАМ. ЗАП указан в исходных данных; коэффициент возврата kВОЗ реле РТ 40 по паспорту составляет 0,8; рабочий максимальный ток линии, на которой установлена рассматриваемая защита IР. МАКС. W1 указан в исходных данных.
Расчет чувствительности МТЗ:
1. Коэффициент чувствительности в основной зоне действия (ОЗД) в конце линии W1, на которой установлена рассматриваемая защита, рассчитывается по формуле [стр. 102, 1]:
kЧ. ОЗД = |
IКЗ.(!) МИН. К |
∙ kОТН.(!) |
Ч = |
1732 |
∙ 1 = 2,31, |
|
|
750 |
|
||||
|
IС. З |
|
|
|
||
где IКЗ(!). МИН. К – минимальное значение двухфазного тока КЗ при повреждении в конце основной зоны действия защиты, т.е. в конце линии W1
(точка К1 на рис. 1). Так как в исходных данных (см. табл. 1.1) указано значения тока трехфазного КЗ, то используем переводной коэффициент √3⁄2:
IКЗ(!). МИН. К = √23 ∙ IКЗ() . МИН. К = √23
где IС. З – ток срабатывания защиты; k(!)ОТН. Ч – коэффициент относительной чувствительности схемы защиты к двухфазным КЗ, выбирается из [табл. 2.1, 1].
В качестве схемы соединения трансформаторов тока и реле защиты предварительно выбираем самую дешевую схему для линий с изолированной нейтралью – схему неполной звезды. Коэффициент относительной чувствительности к двухфазным КЗ для такой схемы равен 1.
8
Расчетный коэффициент чувствительности в ОЗД по ПУЭ, должен быть не менее 1,5. Если расчетное значение меньше нормативного, то применяется либо другой вид защиты (МТЗ с пуском по напряжению), либо используются токовые реле с высоким коэффициентом возврата (0,9…0,95).
2. Коэффициент чувствительности в конце первой зоны резервирования (линия W2) рассчитывается аналогично коэффициенту чувствительности в ОЗД.
(!) |
|
√ |
3 |
() |
|
√ |
3 |
|
|
|
|
|
IКЗ. МИН. К! = |
|
|
∙ IКЗ. МИН. К! = |
|
|
∙ 1,5 = 1,299 кА = 1299 А; |
||||||
2 |
2 |
|||||||||||
|
|
IКЗ.(!) МИН. К! |
|
|
|
|
|
|||||
|
kЧ. ЗР = |
∙ k(!) |
|
= |
1299 |
∙ 1 = 1,73. |
||||||
|
IС. З |
|
||||||||||
|
|
|
|
ОТН. Ч |
|
750 |
|
|||||
Нормативный коэффициент чувствительности для зон резервирования по ПУЭ составляет 1,2. Если расчетное значение меньше нормативного, то никаких мер, как правило, не предпринимают, так как в соответствие с ПУЭ дальнее резервирование в сетях 6–10 кВ должно быть обеспечено «по возможности». Увеличить коэффициент чувствительности в зонах резервирования, при крайней необходимости, можно используя реле с высоким коэффициентом возврата (0,9…0,95), либо применяя защиты другого вида (например, дистанционные).
3. Коэффициент чувствительности в конце второй зоне резервирования (при КЗ за трансформатором Т) рассчитывается по формуле [стр. 103, 1] учитывающей особое токораспределение при двухфазных КЗ за трансформаторами со схемой соединения звезда / треугольник 11 группа:
kЧ. ЗР! = |
IКЗ.() МИН. К |
∙ k(!) |
= |
1000 |
∙ 0,5 = 0,667, |
|
IС. З |
||||||
где IКЗ() . МИН. К – |
ОТН. Ч. ЗА ТР. (/∆ |
|
750 |
|
||
ток КЗ на стороне звезды, при трехфазном повреждении |
||||||
на стороне треугольника в минимальном режиме работы энергосистемы; k(!)ОТН. Ч. ЗА ТР. (/∆ – коэффициент относительной чувствительности схемы за-
щиты к двухфазному КЗ за трансформатором звезда/треугольник 11 группа выбирается из [табл. 2.1, 1].
Для предварительно выбранной схемы соединения трансформаторов тока и реле «неполная звезда» k(!)ОТН. Ч. ЗА ТР. (/∆ равен 0,5.
Если коэффициент чувствительности для второй зоны резервирования при повреждении за трансформатором Т, меньше нормативного 1,2, то коэффициент чувствительности можно увеличить в два раза без особых затрат, применив схему «неполная звезда с дополнительным реле». Коэффициент относительной чувствительности данной схемы из [табл. 2.1, 1] равен 1, следовательно:
9
kЧ. ЗР! = |
IКЗ() |
. МИН. К |
(!) |
|
1000 |
|
|
|
∙ kОТН. Ч. ЗА ТР. (/∆ |
= |
|
∙ 1 = 1,33. |
|
|
IС. З |
750 |
||||
Выбор коэффициента трансформации измерительных трансформаторов тока защиты производится по пунктам 1…4 [2.6, 1], с использованием справочника или каталога по трансформаторам тока, например [2]. Для установки в КРУ выбираем, например, измерительные трансформаторы тока ТОЛ-10. Избранные технические данные измерительных трансформаторов тока ТОЛ-10 приведены в (табл. П1, Приложение 1).
Из ряда номинальных первичных токов трансформатора выбирается зна-
чение ближайшее большее рабочего максимального тока:
I НОМ ≥ IР. МАКС. .
Если рабочий максимальный ток точно равен значению из ряда номинальных первичных токов (как в рассматриваемом примере, рабочий максимальный ток по исходным данным равен 200 А) рекомендуется выбрать следующее большее значение (250 А из таблицы приложения 1), так как значение рабочего максимального тока электроустановки всегда определяется с некоторой погрешностью.
Номинальный вторичный ток при использовании в защитах электромагнитных реле тока, как правило, составляет 5 А, следовательно коэффициент трансформации [стр. 37, 1]:
nТ = I НОМ = 250.
I! НОМ 5
Ток срабатывания реле (вторичный ток срабатывания защиты) рассчи-
тывается по формуле [стр. 105, 1]: |
|
|
|
||
|
IС. З |
() |
750 ∙ 5 |
||
IС. Р = |
|
∙ kСХ = |
|
|
∙ 1 = 15 А, |
nТ |
250 |
||||
где IС. З – ток срабатывания защиты; nТ – |
коэффициент трансформации из- |
||||
мерительных трансформаторов тока; k() |
– коэффициент схемы соединения |
||||
|
|
|
СХ |
|
|
трансформаторов тока и обмоток токовых реле при симметричном (трехфазном) режиме [табл. 2.1, 1], для схем «неполная звезда» или «неполная звезда с дополнительным» реле равен 1.
Выбор типоисполнения и схемы соединения секций обмотки электромагнитного реле тока РТ 40 производится по конспекту лекций [стр. 73–74, 1], справочникам, каталогам, или по информации на сайтах заводов и фирм изготовителей, например [3].
Для рассматриваемого примера (расчетный ток срабатывания реле равен 15 А) целесообразно выбрать типоисполнение РТ 40/20 [см. табл. 3.1, 1] с параллельным соединением катушек (секций обмотки), для чего на реле за-
10