Курсовик по РЗА


                   Министерство образования Российской Федерации
            Архангельский государственный технический университет


              Кафедра электроснабжение промышленных предприятий


                               Курсовой проект

                       по релейной защите и автоматике
                           наименование дисциплины
                          Расчет защит генератора и
                           тема курсового проекта
                      с трансформатора собственных нужд



                            Пояснительная записка

                             0165.00.КП.00.23.ПЗ
                                 обозначение
Выполнил студент заочного факультета, 5 курса
шифр 96-ЭПП-23:      Кузовлев Д.В.

Руководитель: Мокеев А.В.

Оценка :______________________



                                 Архангельск
                                    2001
                                 Оглавление:

Введение.   3


I.    Технические данные генератора, трансформаторов:   7


II.   Расчёт параметров схемы замещения:     7


III.  Выбор и расчет защит генератора  7


IV.   Расчет токов короткого замыкания.      9

    a) Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты      10
    б) Расчёт односистемная поперечная дифференциальная  токовая защита
    генератора   11
    в)  Расчёт защиты от перегрузки ротора током возбуждения  11
    г) Расчёт защиты генератора от симметричной перегрузки    11
    д)  Расчёт токовой защиты обратной последовательности     12
    ж) Расчёт защиты генератора от асинхронного режима. 12
    з) Расчёт контроля изоляции на стороне генераторного напряжения.     13
    и) Расчёт защиты от внешних симметричных коротких замыканий.   13

V.    Выбор и расчет защит трансформатора    14

    а) Расчёт параметров трансформатора собственных нужд.     15
    а) Расчет продольной дифференциальной защиты трансформатора    16
    б) Расчет максимальной токовой защиты с пуском по напряжению на стороне
    10,5 кВ 17
    в) Расчет защиты трансформатора от перегрузки. 17

VI.   Список использованной литературы:      17



      Введение.

  На  генераторах  устанавливаются  защиты  от  внутренних   повреждений  и
опасных ненормальных режимов, т. е. таких режимов,  которые  могут  вызывать
повреждение генератора.
   При ненормальных режимах работы  генератора,  не  требующих  немедленного
отключения, защита, как правило, должна действовать на сигнал,  по  которому
дежурный обязан принять меры устранению ненормального режима без  отключения
генератора.
   Автоматическое отключение генератора допускается только  в  тех  случаях,
когда возникший  ненормальный  режим  нельзя  устранить,  а  его  дальнейшее
продолжение ведет к повреждению генератора.
  Для предотвращения развития повреждения, возникшего в генераторе,  защиты
от внутренних  повреждений  должны  отделить  генератор  от  сети,  отключив
главный выключатель, и прекратить ток в обмотке ротора отключением  автомата
гашения поля.
  Большинство повреждений генератора вызывается нарушением изоляции обмоток
статора и  ротора.  Эти  нарушения  обычно  происходят  вследствие  старения
изоляции, ее увлажнения, наличия  в  ней  дефектов,  а  также  в  результате
повышения напряжения, пере напряжений,  механических  повреждений,  например
из-за вибрации стержней обмоток и стали магнитопровода. Поэтому  в  принципе
повреждения возможны в любой части обмоток.
  Повреждения в статоре. В  статоре  возникают  междуфазные  (двухфазные  и
трехфазные) к. з., замыкание одной фазы  на  корпус  (на  землю),  замыкание
между витками обмотки одной  фазы.  Наиболее  часто  происходят  междуфазные
к.з. и замыкания на корпус.
  Междуфазные к.з. сопровождаются прохождением в  месте  повреждения  очень
больших токов (десятки  тысяч  ампер)  и  образованием  электрической  дуги,
вызывающей выгорание изоляции и  токоведущих  частей  обмоток,  а  иногда  и
стали магнитопровода статора.
  Замыкание обмотки статора на корпус является замыканием на землю, так как
корпус статора связан с землей. При этом ток повреждения  проходит  в  землю
всегда через сталь магнитопровода статора,  выжигая  ее.  Повреждение  стали
требует длительного и сложного ремонта.
   Замыкание витков одной фазы. В замкнувшихся  накоротко  витках  протекает
большой ток,  разрушающий  изоляцию  обмоток.  Этот  вид  повреждения  часто
переходит в замыкание на землю или в замыкание между фазами.
   Защиты  от  междуфазных   к.з.   и   витковых   замыканий   должны   быть
быстродействующими и настолько чувствительными, чтобы они могли  действовать
при  повреждениях  вблизи  нулевой  точки  генераторов  и  при  малом  числе
замкнувшихся витков в одной фазе.
  Повреждения в роторе. Обмотка ротора генератора находится  под  невысоким
напряжением (300—500 В),  поэтому  ее  изоляция  имеет  значительно  больший
запас прочности,  чем  изоляция  статорной  обмотки.  Однако  из-за  тяжелых
механических условий работы  обмотки  ротора,  вызываемых  большой  частотой
вращения  (1500—  3000  об/мин),  относительно  часто   наблюдаются   случаи
повреждения изоляции и замыкания обмотки ротора на корпус (т. е.  на  землю)
в одной или двух точках.
   Замыкание на корпус в одной точке обмотки ротора неопасно, так как ток  в
месте замыкания практически равен нулю и  нормальная  работа  генератора  не
нарушается. Но при этом повышается вероятность  возникновения  опасного  для
генератора аварийного режима в случае появления второго замыкания на  корпус
в другой точке цепи возбуждения.
   При  двойных  замыканиях  часть   витков   обмотки   ротора   оказывается
зашунтированной; сопротивление цепи ротора при  этом  уменьшается  и  в  ней
появляется повышенный ток, этот ток перегревает обмотки ротора  и  питающего
ее возбудителя, вызывает дальнейшие разрушения в месте повреждение  и  может
вызвать горение изоляции ротора.
   Кроме того, из-за  нарушения  симметрии  магнитного  потока  в  воздушном
зазоре между ротором и  статором,  обусловленного  замыканием  части  витков
обмотки  ротора,  возникает  сильная  механическая  вибрация,  опасная   для
генератора. Особенно большая  и  опасная  вибрация  появляется  при  двойном
замыкании на землю на  гидрогенераторах  и  синхронных  компенсаторах  (СК),
имеющих явнополюсные  роторы.  Поэтому  на  гидрогенераторах  и  крупных  СК
целесообразно устанавливать  защиту,  сигнализирующую  первое  замыкание  на
землю в роторе. При срабатывании этой защиты
гидрогенератор    останавливают    для    устранения    повреждения.     Для
турбогенераторов двойное замыкание  менее  опасно,  поэтому  турбогенераторы
допускается оставлять в работе при первом замыкании  в  роторе.  Специальной
защиты от этого вида повреждения можно не  ставить.  Замыкание  на  землю  в
роторе обнаруживается при измерении его  изоляции,  проводимом  периодически
на работающем генераторе.
   Однако на мощных турбогенераторах 300 МВт и более установка такой защиты,
 осуществляющей непрерывный контроль за изоляцией ротора,  следует  признать
 целесообразной.
На  турбогенераторах  при  первом  замыкании  обмотки   ротора   на   корпус
устанавливается защита от двойного замыкания на землю. На генераторах  малой
мощности защиту разрешается выполнять  с  действием  на  сигнал.  На  мощных
генераторах 200 МВт и выше защита выполняется с действием на отключение.
Ненормальными режимами  генератора  считаются:  опасное  увеличение  тока  в
статоре или роторе
сверх  номинального  значения  (сверхтоки),  несимметричная   нагрузка   фаз
статора,  опасное   повышение   напряжения   на   статоре,   асинхронный   и
двигательный режимы работы генератора.
Повышенные токи (сверхтоки) в генераторе  возникают  при  внешних  к.з.  или
перегрузках.
   При внешних к.з. в генераторе, питающем  место  повреждения,  появляется
 ток к.з. превышающий  номинальный  ток  генератора.  Нормально  такие  к.з.
 ликвидируются защитой поврежденного элемента и неопасные для генератора.
   Однако в случае отказа защиты или выключателя этого элемента ток к.з.  в
 генераторе будет проходить  длительно,  нагревая  его  обмотки.  Повышенный
 нагрев  может  привести  к  повреждению  последних.  Предупредить  подобное
 повреждение можно только путем отключения генератора.
   Для этой цели на генераторе должны предусматриваться защиты, реагирующие
 на внешние к.з. и  резервирующие  отказ  защиты  или  выключателей  смежных
 элементов.
   Перегрузка генератора  обычно  возникает  в  результате  отключения  или
 отделения части параллельно работающих генераторов системы; кратковременных
 толчков  нагрузки,  вызванных  технологией  производственных  процессов   у
 потребителей; самозапуска двигателей;  форсировки  возбуждения  генератора;
 нарушения синхронизма; потери возбуждения  у  генератора  и  тому  подобных
 причин.
Перегрузка, т.е.  увеличение  тока  нагрузки  в  обмотках  генератора  сверх
номинального значения так же как и внешнее к. з., вызывает перегрев  обмоток
и может привести к порче изоляции, если ее температура превзойдет  некоторое
предельное значение опасное для изоляции.
Во  многих  случаях  перегрузки,  обусловленные   форсировкой   возбуждения,
синхронными качаниями, кратковременными толчками нагрузки  у  потребителя  и
т. п., ликвидируются сами по себе  до  истечения  предельного  времени.  При
авариях  в  системе  с  дефицитом  генераторной  мощности  предусматривается
автоматическая разгрузка путем отключения части  потребителей  при  снижении
частоты, а также автоматический и ручной ввод резерва активных и  реактивных
мощностей.  Такими  путями  предупреждается   и   ликвидируется   длительная
перегрузка генераторов при недостатке генераторной мощности.
Отключение генераторов при перегрузках допускается  только  в  тех  случаях,
когда принятые меры по их разгрузке не дают результата, а  допустимое  время
перегрузки истекло.
  С учетом сказанного защита от перегрузки генераторов на электростанциях с
дежурным   персоналом   устанавливается   с   действием   на   сигнал.    На
автоматизированных  электростанциях  защита  от  перегрузки  выполняется   с
действием на отключение или разгрузку генераторов по  истечении  допустимого
времени перегрузки. Аналогичное исполнение  защиты  желательно  иметь  и  на
мощных  генераторах,  так  как  на   этих   генераторах   при   перегрузках,
превышающих 30%, предельное время достаточно мало  и  дежурный  персонал  не
успеет произвести своевременную разгрузку их.
Несимметрия токов в фазах генераторов возникает при двухфазных и  однофазных
к.з. вне генератора, при  обрывах  одной  или  двух  фаз  цепи,  связывающей
генератор  с  нагрузкой,  и  при  неполнофазном  режиме   работы   в   сети.
Несимметрия  токов  приводит   к   дополнительному   нагреванию   ротора   и
механической вибрации машины.
   Несимметрия сопровождается появлением в обмотке  статора  токов  обратной
последовательности, эти токи  имеют  обратное  чередование  фаз  и  создают
магнитное поле, вращающееся в сторону, противоположную вращению  ротора.  В
результате  этого  поток,  созданный  токами  обратной  последовательности,
пересекает  корпус  ротора  с   двойной   скоростью.   Он   индуктирует   в
металлических частях ротора (в бочке ротора)  значительные  вихревые  токи,
имеющие двойную частоту, и создает дополнительный, пульсирующий  с  двойной
частотой электромагнитный момент. Вихревые токи вызывают повышенный  нагрев
ротора, апульсирующий момент- вибрацию вращающейся части машины.
   Несимметрия токов особенно  опасна  для  крупных  современных  турбо-  и
 гидрогенераторов ТВФ, ТВВ, ТГВ, ТВМ, выполняемых, как указывалось  выше,  с
 пониженным  тепловым  запасом.  С   учетом   термических   и   механических
 характеристик отечественных генераторов допускается их длительная работа  с
 неравенством  (несимметрией)  токов  по  фазам,  не  превышающим  10%   для
 турбогенераторов и 20% для гидрогенераторов и синхронных компенсаторов, при
 условии, что ток в фазах не превосходит номинального значения.
   При указанной несимметрии  ток  обратной  последовательности  составляет
 около 5 и 10% номинального тока генератора,  соответственно,  эти  значения
 являются  максимальными   длительно   допустимыми   токами   и   их   можно
 рассматривать как номинальные (предельные) токи обратной последовательности
 генератора.
   Эти  токи  вызывает  опасный  дополнительный  нагрев  ротора   и   может
 допускаться лишь в течение ограниченного времени .
   Величина  допустимого  времени  определяется  предельной   температурой,
 допустимой для изоляции обмотки ротора и отдельных,  наиболее  подверженных
 нагреву элементов ротора: бандажных колец,  зубцов,  металлических  пазовых
 клиньев.
   Непосредственно нагрев ротора происходит от тепла, выделенного вихревыми
 токами,     возникающими  в  корпусе  ротора,   но   так   как   последние
 индуктируются токами статора и ему пропорциональны,
   При адиабатическом процессе нагрева  (без  отдачи  в  окружающую  среду)
 предельные  температуры  достигаются  при  определенном,  постоянным   для
 данного типа генератора количестве тепла.
  Повышение  напряжения  возникает  на  генераторах  при  внезапном  сбросе
нагрузки, так как при  этом  исчезает  магнитный  поток  реакции  статора  и
увеличивается частота вращения разгрузившейся машины.
На турбогенераторах повышение напряжения не  достигает  опасных  значений  и
ликвидируется автоматическими регуляторами  скорости  и  возбуждения  или  в
случае   отсутствия  последнего-  ручным  регулированием  возбуждения.   При
увеличении  частоты  вращения  до  110%  на   турбогенераторах   срабатывает
«автомат безопасности», полностью закрывающий доступ  пара  в  турбину,  что
исключает  чрезмерное  увеличение  частоты  вращения  и  опасное   повышение
напряжения. На гидрогенераторах  регуляторы  скорости  действуют  медленнее,
чем на турбогенераторах, в результате  этого  при  сбросе  нагрузки  частота
вращения агрегата резко  увеличивается  а  может  превысить  номинальную  на
40—60%,а напряжение генератора  вследствие  этого  может  возрасти  до  150%
номинального и больше. Поэтому на гидрогенераторах наряду  с  автоматическим
устройством   развозбуждения   предусматривается   защита    от    повышения
напряжения, действующая на снятие возбуждения или отключение генератора.
  Асинхронный режим возникает при потере возбуждения, из-за отключения  АГП
и по любой другой причине. Асинхронный режим сопровождается потреблением  из
сети  значительного  реактивного  тока,  понижением  напряжения  на  зажимах
генератора,  увеличением  оборотов  ротора  и  в  общем  случае   качаниями.
Турбогенераторы могут работать в асинхронном режиме с некоторым  скольжением
как  асинхронный  генератор,  при  условии   снижения   активной   нагрузки.
Благодаря повышенным значениям тока работа генератора в  асинхронном  режиме
ограничена по  времени  в  зависимости  от  его  конструкции  и  термических
характеристик.  Генераторы  с  косвенным  охлаждением  могут  работать   без
возбуждения с нагрузкой до 60% номинальной.  Генераторы  с  непосредственным
охлаждением  имеют  меньшие  термические  запасы   и   могут   работать,   в
асинхронном  режиме  с  нагрузкой  не   более   40%.   На   турбогенераторах
целесообразно предусматривать защиту,  реагирующую  на  потерю  возбуждения,
действующую  на  снижения  активной  нагрузки  до  величины,  обеспечивающей
устойчивую» работу генератора.
  Защита трансформаторов.
  Основными видами повреждений в трансформаторах являются:
а) замыкания  между  фазами  внутри  кожуха  трансформатора  и  на  наружных
выводах обмоток;
б) замыкания в обмотках между витками одной фазы  (так  называемые  витковые
замыкания);
в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов;
г) повреждение магнитопровода трансформаторов, приводящее к появлению
местного нагрева и «пожару стали».
Опыт показывает, что к. з.  на  выводах  и  витковые  замыкания  в  обмотках
трансформаторов происходят наиболее часто.  Междуфазные  повреждения  внутри
трансформаторов возникают значительно  реже.  В  трехфазных  трансформаторах
они хотя и  не  исключены,  но  маловероятны  вследствие  большой  прочности
междуфазной изоляции.  В  трансформаторных  группах,  составленных  из  трех
однофазных  трансформаторов,  замыкания  между  обмотками  фаз   практически
невозможны.
  При витковых замыканиях токи, идущие к месту  повреждения  от  источников
питания, могут быть небольшими.
  В случае замыкания на землю обмотки трансформатора, подключенной к сети с
малым током замыкания  на  землю,  ток  повреждения  определяется  величиной
емкостного тока сети. Поэтому  защиты  трансформатора,  предназначенные  для
действия при  витковых  замыканиях,  а  также  при  замыканиях  на  землю  в
обмотке, работающей на  сеть  с  изолированной  нейтралью,  должны  обладать
высокой чувствительностью.
   Для ограничения размера разрушения защита от повреждений в трансформаторе
должна действовать быстро. Повреждения, сопровождающиеся большим током  к.з.
должны отключаться без выдержки времени с t = 0,05 — 0,1 с.
   Защиты от  повреждений.  В  качестве  таких  защит  применяются  токовая
 отсечка,  дифференциальная  и  газовая  защиты.  За  рубежом   применяется
 довольно простая защита от замыкания на корпус (кожух) трансформатора.



      Технические данные генератора, трансформаторов:

                                                                   Таблица 1
|Прямая (обратная) последовательность                                            |
|Система             |[pic]                |[pic]                               |
|Генератор           |[pic]                |[pic]                               |
|Трансформатор Т     |[pic]                |[pic]                               |
|Трансформатор ТСН   |[pic]                |[pic]                               |


      Выбор и расчет защит генератора

Данный проект содержит необходимые расчёты для  выбора  принципов  защит  на
генераторе и трансформаторе собственных нужд, проверку их  чувствительности.
Схемы защит и расчёты выполнены согласно ПУЭ и руководящих указаний.
 Для генератора типа ТВФ-120-2 предусматриваются защиты:
   1. от многофазных коротких замыканий в обмотке статора и на  его  выводах
      устанавливается   продольная    дифференциальная     токовая    защита
      генератора;
   2. от коротких замыканий между  витками  одной  фазы  в  обмотке  статора
      генератора односистемная поперечная дифференциальная   токовая  защита
      генератора;
   3.  от  замыканий  на   землю   на   стороне   генераторного   напряжения
      устанавливается защита напряжения нулевой последовательности;
   4. от  внешних  симметричных  коротких  замыканий  и  для  резервирования
      основных защит устанавливается одноступенчатая дистанционная защита на
      одном реле сопротивления, устанавливаемая со стороны  нулевых  выводов
      генератора;
   5.  от  внешних  несимметричных  коротких  замыканий   и   несимметричных
      перегрузок  и  для  резервирования  основных  защит  предусматривается
      ступенчатая токовая защита обратной  последовательности  с  сигнальным
      элементом;
   6.  от  симметричных  перегрузок  предусматривается  токовая   защита   с
      использованием тока одной фазы;
   7.  от  перегрузки  ротора  турбогенератора   предусматривается   защита,
      реагирующая на повышение напряжения ротора;
   8. от замыканий на  землю  в  двух  точках  цепи  ротора  турбогенератора
      предусматривается токовая защита с четырёх плечным мостом;
   9. от замыкания на землю на стороне  генераторного  напряжения,  имеющего
      выключатель в цепи турбогенератора - контроль изоляции;
  10. от потери возбуждения;
  11. от замыкания на землю в одной точке цепи ротора турбогенератора.
При этом продольная и поперечная дифференциальные токовые защиты  генератора
и защита от замыканий на землю в 2-х точках  цепи  генератора  действуют  на
отключение выключателя  генератора,  в  схему  УРОВ  этого  выключателя,  на
гашение  поля  генератора  и  возбудителя,  в  схему  технологических  защит
(останов турбины  и  котла).  Защита  от  однофазных  коротких  замыканий  в
обмотке  статора  генератора  действует  на  сигнал,  но   предусматривается
возможность перевода её на отключение и останов  блока.  Защита  от  внешних
коротких замыканий устанавливается со стороны нулевых выводов  генератора  и
с  выдержкой  времени  действует  на  отключение  выключателей  блока,  АГП,
останов   турбины   и   котла.   Ступенчатая   токовая    защита    обратной
последовательности, установленная со стороны нулевых выводов генератора  при
работе I ступени, резервирующей  основные  защиты  генератора  действует  на
отключение выключателя  генератора,  в  схему  УРОВ  этого  выключателя,  на
гашение  поля  генератора  и  возбудителя,  в  схему  технологических  защит
(останов турбины и котла), на отключение  выключателя  6  кВ  трансформатора
10,5/6,3  кВ;  при  работе  II,  III  и  IV  ступеней,  предназначенных  для
резервирования основных защит трансформатора блока  и  защит  сети-  с  2-мя
выдержками времени действует на отключение выключателей блока, АГП,  останов
турбины и  котла;  III  и  IV  ступени  действуют  на  деление  шин  высшего
напряжения блока. Защита генератора  от  симметричных  перегрузок,  контроль
изоляции, защита от замыканий на землю в одной точке цепи  ротора  действуют
на сигнал. Защита  в сети с большим током замыкания на землю действует:  при
работе грубого органа токовой защиты нулевой последовательности с  выдержкой
времени действует на отключение выключателей блока, АГП, останов  турбины  и
котла. Защита ротора генератора от перегрузки  токов  возбуждения  действует
на отключение выключателя генератора, в схему  УРОВ  этого  выключателя,  на
гашение поля генератора и возбудителя.  Защита  от  потери  возбуждения  при
допустимости  асинхронного  режима  действует  на  отключение  выключателей,
обеспечивающих отсоединения собственных нужд от блока  и  действие  в  схему
технологических  защит  на  разгрузку  блока  по  активной   мощности,   при
недопустимости асинхронного  режима  действует  на  отключение   выключателя
генератора, в схему УРОВ этого выключателя, на  гашение  поля  генератора  и
возбудителя.
Результаты расчётов, необходимых для выбора защит, сведены в таблицы.

      Расчет токов короткого замыкания.

При расчётах используются величины токов короткого замыкания, полученные
при расчётах для энергосистемы в целом, для её минимального и максимального
режима. Расчёт был произведён ЦС РЗАИ  ООО "Архэнерго". Полученные
результаты сведены в таблицу .
                                                                     Таблица
                      Токи КЗ в ветвях и точках 110 кВ
|  |Точка, ветвь              |( 3I0  на шинах и 3I0|( I на шинах и I в    |
|  |                          |в                    |ветвях                |
|  |                          |ветвях (однофазного  |(трёхфазного КЗ)      |
|  |                          |КЗ)                  |                      |
|  |                          |mах, А|min, |cверх  |max,A |min,А |сверх  |
|  |                          |      |A    |min    |      |      |min    |
|1.|Шины 110 кВ               |22463 |7636 |7358   |19155 |5928  |5768   |


                    Токи КЗ в ветвях и точках 6,3-10,5 кВ
|Точка, ветвь                 |( I на шина и I в ветвях (трёхфазного КЗ)   |
|                             |mах, А       |min, A       |сверхминимум  |
|1.|Шины 10,5 кВ  генератора  |82664        |61954        |0             |
|  |1Г                        |             |             |              |
|  |в том     |1T            |47007        |26332        |0             |
|  |числе:    |              |             |             |              |
|  |          |1Г            |35657        |35622        |0             |
|2.|Шины 10,5 кВ  генератора  |82260        |61826        |0             |
|  |2Г                        |             |             |              |
|  |в том     |2Т            |46603        |26203        |0             |
|  |числе:    |              |             |             |              |
|  |          |2Г            |35657        |35623        |0             |
|3.|Шины 10,5 кВ  генератора  |86930        |66218        |0             |
|  |ЗГ                        |             |             |              |
|  |в том     |ЗТ            |47050        |26375        |0             |
|  |числе:    |              |             |             |              |
|  |          |ЗГ            |39880        |39843        |0             |
|4.|Шины 10,5 кВ  генератора  |92500        |68066        |34484         |
|  |4Г                        |             |             |              |
|  |в том     |4АТ           |52622        |28230        |34484         |
|  |числе:    |              |             |             |              |
|  |          |4Г            |39878        |39836        |0             |
|5.|Вводы 6,3 кВ рабочего тсн |11189        |10900        |0             |
|  |21T                       |             |             |              |
|6.|Вводы 6,3 кВ рабочего тсн |10500        |10246        |0             |
|  |22Т                       |             |             |              |
|7.|Вводы 6,3 кВ рабочего тсн |11463        |11192        |0             |
|  |23Т                       |             |             |              |
|8.|Вводы 6,3 кВ рабочего тсн |11621        |10365        |10282         |
|  |24Т                       |             |             |              |
|9.|Вводы 6,3 кВ резервн. тсн |13406        |12410        |12324         |
|  |1ТР                       |             |             |              |


Максимальный режим энергосистемы (mах): все генерирующие мощности
энергосистемы в работе, все системообразующие связи включены;
Минимальный режим энергосистемы (min): минимальный состав работающего
оборудования в Архангельском энергоузле при прохождении летних нагрузок
1999 г. в режиме раздельной работы с ОЭС Центра; в работе 1Г, ЗГ
Архангельской ТЭЦ; ЗГ Северодвинской ТЭЦ-1; 1Г Северодвинской ТЭЦ-2; все
кроме 5Г, 8Г ТЭЦ-1 АБК; 1Г ТЭЦ-3 АБК; 1Г, 2Г, ЗГ ТЭЦ СЦБК; ЗГ, 5Г, 6Г ТЭЦ
КЦБК;
Сверминимальный режим энергосистемы: остановлены все генераторы
Архангельской ТЭЦ и Северодвинской ТЭЦ-2 , их распределительные устройства
работают в режиме подстанций; в работе 2Г, 4Г, 6Г Северодвинской ТЭЦ-1;
генераторы блок-станций в режиме минимума; отключены ВЛ-110 кВ "Двина-2" и
ВЛ-220 кВ "Арх.ТЭЦ-РП Первомайский-2".
По полученным данным величин токов к.з. произведём выбор трансформаторов
тока:
|№  |Наименование     |Тип ТТ   |Номин.напряж|Номин.перв|Номин.втор|Коэф-т    |
|п/п|                 |         |            |.         |.         |трансф-ции|
|   |                 |         |кВ          |ток, А    |ток, А    |          |
|1. |Трансформатор    |ТВТ-35   |35          |600       |5         |120       |
|   |тока             |         |            |          |          |          |
|   |(встроенный)     |         |            |          |          |          |
|2. |Трансформатор    |ТШЛ-20Б  |20          |10000     |5         |2000      |
|   |тока             |         |            |          |          |          |
|   |(шинный)         |         |            |          |          |          |
|3. |Трансформатор    |ТПОЛ-10  |10,5        |1500      |5         |300       |
|   |тока             |         |            |          |          |          |
|   |(проходной)      |         |            |          |          |          |
|4. |Трансформатор    |ТВТ-35   |35          |1000      |5         |200       |
|   |тока             |         |            |          |          |          |
|   |(встроенный)     |         |            |          |          |          |
                 a) Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты

|№   |Наименование величины    |Расчётная формула   |Результат                  |
|п/п |                         |                    |                           |
|    |                         |                    |10,5 кВ                    |
|1.  |Ток срабатывания защиты  |Iс.з.1=0,6Iном.ген  |Iс.з.1=0,6(6880=           |
|    |по условию отстройки от  |                    |=4128 А                    |
|    |переходных процессов     |                    |                           |
|2.  |Максимальный ток режима  |[pic]               |[pic]                      |
|    |асинхронного тока при    |                    |                           |
|    |угле расхождения системы |                    |                           |
|    |и генератора близком к   |                    |                           |
|    |180(                     |                    |                           |
|3.  |Максимальное|В режиме   |Iнб.расч.=kапkоднfiI|Iнб.расч.=1(0,5(0,1(25725=1|
|    |значение    |асинхронног|ас.max              |286 А                      |
|    |расчётного  |о хода     |                    |                           |
|    |тока        |           |                    |                           |
|    |небаланса   |           |                    |                           |
|    |            |В режиме   |Iнб.расч.=kапkоднfiI|Iнб.расч.=                 |
|    |            |3-х фазного|(3)ас.max           |1(0,5(0,1(39880=1994 А     |
|    |            |к.з. на    |                    |                           |
|    |            |выводах    |                    |                           |
|    |            |генератора |                    |                           |
|4.  |Ток срабатывания защиты  |Iс.з.2=kнIн.б.рас.  |Iс.з.2=1,3(1994=2592 А     |
|    |по условию отстройки от  |                    |                           |
|    |максимального тока       |                    |                           |
|    |небаланса                |                    |                           |
|5.  |Принимаемый первичный ток|4128 А                                          |
|    |срабатывания защиты      |                                                |
|6.  |Вторичный ток            |[pic]                |[pic]                     |
|    |срабатывания реле        |                     |                          |
|7.  |Расчётное число витков   |[pic]                |[pic]                     |
|    |рабочей обмотки          |                     |                          |
|8.  |Принимаемое число витков |Wраб.=48                                        |
|9.  |Вторичный ток            |[pic]                |[pic]                     |
|    |срабатывания реле,       |                     |                          |
|    |соответствующий          |                     |                          |
|    |установленному количеству|                     |                          |
|    |витков                   |                     |                          |
|10. |Уточнённый первичный ток |Iс.з.ут=Iср.ут.nT    |Iс.з.ут=2.08(2000=4160    |
|    |срабатывания защиты      |                     |                          |
|11. |Коэффициент              |[pic]                |[pic]по ПУЭ kч(2          |
|    |чувствительности защиты  |                     |                          |
|    |при 2-х фазном к.з. на   |                     |                          |
|    |выводах генератора для   |                     |                          |
|    |случая одиночно          |                     |                          |
|    |работающего генератора   |                     |                          |
|12. |Принимаемый тип реле     |РНТ-565                                         |


                 б) Расчёт односистемная поперечная дифференциальная
                 токовая защита генератора

|№   |Наименование      |Расчётная     |Результат                  |Примечание  |
|п/п |величины          |формула       |                           |            |
|    |                  |              |10,5 кВ                    |            |
|1.  |Ток срабатывания  |Iс.з.=(0,2(0,5|Iс.з.=(0,2(0,3)(6880=      |            |
|    |защиты            |) Iном        |=1376(2064 А               |            |
|2.  |Ток срабатывания  |[pic]         |[pic]                      |            |
|    |реле              |              |                           |            |
|3.  |Принимаемый тип   |РТ-40/Ф                                                |
|    |реле              |                                                       |


                 в)  Расчёт защиты от перегрузки ротора током возбуждения

|№  |Наименование |Расчётная   |Результат           |Примечание                 |
|п/п|величины     |формула     |                    |                           |
|   |             |            |10,5 кВ             |                           |
|1. |Уставка      |Uрот.ср.=   |Uрот.ср.=1.5(6880(0.|Uрот уточняется при        |
|   |срабатывания |1,5Iрот.ном.|177(                |наладке, т.к. сопротивление|
|   |пускового    |Rрот        |( (100/10500)=      |ротора в горячем состоянии |
|   |органа защиты|[pic]R0=0.12|=17.4 В             |при максимальной длительно |
|   |             |65 Ом при   |где [pic]           |допустимой температуре     |
|   |             |t0=15(      |                    |определяется по заводской  |
|   |             |            |                    |инструкции                 |
|2. |Принимаемый  |РН-53/60Д                                                    |
|   |тип реле     |                                                             |


                 г) Расчёт защиты генератора от симметричной перегрузки

|№  |Наименование|Расчётная            |Результат                  |Примечание |
|п/п|величины    |формула              |                           |           |
|   |            |                     |10,5 кВ                    |           |
|1. |Первичный   |[pic]                |[pic]                      |           |
|   |ток         |                     |                           |           |
|   |срабатывания|                     |                           |           |
|   |защиты      |                     |                           |           |
|2. |Ток         |[pic]                |[pic]                      |           |
|   |срабатывания|                     |                           |           |
|   |реле        |                     |                           |           |
|3. |Принимаемый |РТ-40/10                                                      |
|   |тип реле    |                                                              |


                 д)  Расчёт токовой защиты обратной последовательности

|№  |Наименование величины |Расчётная   |Результат     |Примечание              |
|п/п|                      |формула     |              |                        |
|   |                      |            |10,5 кВ       |                        |
|1. |I      |Ток          |I2 ср I=    |I2 ср I=1,95( |[pic]                   |
|   |ступепь|срабат.реле  |1,95 Iнои.вт|3.44=         |                        |
|   |       |             |            |=6.71 А       |                        |
|2. |       |Принимаемый  |РТ-40/6; ЭВ-124; tср=2,3 с. Реле подключаются на     |
|   |       |тип реле и   |дополнительно выведенные клеммы реле РТФ-7/2         |
|   |       |уставка по   |                                                     |
|   |       |времени      |                                                     |
|3. |II     |Ток          |I2 ср II=   |I2 ср II=1,3( 3.44= 4.47|              |
|   |ступень|срабат.реле  |1,3 Iнои.вт |А                       |              |
|4. |       |Принимаемый  |РТФ-7/2, грубый элемент, ЭВ-132, tср=3,5 с           |
|   |       |тип реле и   |                                                     |
|   |       |уставка по   |                                                     |
|   |       |времени      |                                                     |
|5. |III    |Ток          |I2 ср III=  |I2 ср III=0,6( 3.44=    |              |
|   |ступень|срабат.реле  |0.6 Iнои.вт |2.06 А                  |              |
|6. |       |Принимаемый  |РТФ-7/1, грубый элемент, ЭВ-132, tср=8,5 с           |
|   |       |тип реле и   |                                                     |
|   |       |уставка по   |                                                     |
|   |       |времени      |                                                     |
|7. |IV     |Ток          |I2 ср IV=   |I2 ср IV=0,25( 3.44=    |              |
|   |ступень|срабат.реле  |0.25 Iнои.вт|0.86 А                  |              |
|8. |       |Принимаемый  |РТФ-7/2, чувствительный элемент, ЭВ-144, ЭВ-142,     |
|   |       |тип реле и   |tср=40 с                                             |
|   |       |уставка по   |                                                     |
|   |       |времени      |                                                     |
|9. |V      |Ток          |I2 ср V=    |I2 ср V=0.07( 3.44= 0.24|              |
|   |ступень|срабат.реле  |0.07 Iнои.вт|А                       |              |
|10.|       |Принимаемый  |РТФ-7/1, чувствительный элемент (сигнал)             |
|   |       |тип реле и   |                                                     |
|   |       |уставка по   |                                                     |
|   |       |времени      |                                                     |


                 ж) Расчёт защиты генератора от асинхронного режима.

|№  |Наименование величины       |Расчётная          |Результат                  |
|п/п|                            |формула            |                           |
|   |                            |                   |10.5 кВ                    |
|1. |Синхронный реактанс         |[pic]              |[pic]                      |
|   |генератора                  |                   |                           |
|2. |Переходный реактанс         |[pic]              |[pic]                      |
|   |генератора                  |                   |                           |
|3. |Диаметр окружности          |Zзащ=1.1xd         |Zзащ=1.1(1.68=1.85 Ом      |
|   |характеристики омметра,     |                   |                           |
|   |используемого для защиты от |                   |                           |
|   |потери возбуждения          |                   |                           |
|4. |Смещение характеристики     |Zсмещ=0,4x(d       |Zсмещ=0.4(0.245=0.098 Ом   |
|5. |Вторичное сопротивление     |[pic]              |[pic]                      |
|   |диаметра характеристики     |                   |                           |
|6. |Вторичное сопротивление     |[pic]              |[pic]                      |
|   |смещения                    |                   |                           |
|7. |Принимаемый тип реле защиты |КРС-2                                          |
                 з) Расчёт контроля изоляции на стороне генераторного
                 напряжения.

|№  |Наименование величины             |Расчётная     |Результат                |
|п/п|                                  |формула       |                         |
|   |                                  |              |10,5 кВ                  |
|1. |Напряжение срабатывания реле по   |              |15 В                     |
|   |условию обеспечения отстройки реле|              |                         |
|   |от напряжения III-й гармоники     |              |                         |
|2. |Устанавливаемая выдержка времени  |              |tвыд=9 c                 |
|3. |Принимаемый тип реле защиты       |РН-53/60Д                               |


                  и) Расчёт защиты от внешних симметричных коротких
                 замыканий.

|№  |Наименование величины  |Расчётная         |Результат                 |
|п/п|                       |формула           |                          |
|   |                       |                  |10,5 кВ                   |
|1. |Минимальное            |[pic]             |[pic]                     |
|   |сопротивление нагрузки |                  |                          |
|2. |Сопротивление          |[pic]             |[pic]                     |
|   |срабатывания защиты,   |                  |                          |
|   |равное малой оси       |                  |                          |
|   |эллипса                |                  |                          |
|3. |Сопротивление          |[pic]             |[pic]                     |
|   |срабатывания защиты,   |                  |                          |
|   |равное большой оси     |                  |                          |
|   |эллипса                |                  |                          |
|4. |Сопротивление смещения |Zсмещ=18%Zс.з     |Zсмещ=0.18(0.94=0.17 Ом   |
|5. |Вторичное сопротивление|[pic]             |[pic]                     |
|   |срабатывания защиты    |                  |                          |
|   |(уставка реле)         |                  |                          |
|6. |Сопротивление смещения |[pic]             |[pic]                     |
|   |реле                   |                  |                          |
|7. |Коэффициент            |[pic]             |[pic]                     |
|   |чувствительности защиты|                  |                          |
|   |при 3-х фазном к.з. на |                  |                          |
|   |шинах 110 кВ           |                  |                          |
|8. |Коэффициент            |[pic]             |[pic]                     |
|   |чувствительности защиты|                  |Ток точной работы 2.2 А   |
|   |по току точной работы  |                  |                          |
|9. |Принимаемый тип реле   |КРС-2                                         |
|   |защиты                 |                                              |



      Выбор и расчет защит трансформатора

  Защищаемым объектом является двух  обмоточный  трансформатор  собственных
нужд блока №3 23Т.
Для защиты трансформатора собственных нужд предусматриваются защиты:
   1. продольная дифференциальная защита от всех видов коротких замыканий  в
      обмотках трансформатора и на его выводах  и  действует  на  отключение
      трансформатора собственных нужд и блока генератор- трансформатор;
   2.  газовая   защита   от   внутрибаковых   повреждений   трансформатора,
      действующая на сигнал и на отключение;
   3. максимальная токовая защита на стороне 10 кВ с пуском  по  напряжению,
      действующая с выдержками времени на отключение выключателя 6 кВ  и  на
      отключение блока генератор- трансформатор;
   4. защита от перегрузки,  установленная  на  стороне  низшего  напряжения
      трансформатора, действующая на сигнал.
  Для защиты трансформатора от коротких замыканий. В обмотках и на  выводах
используется продольная дифференциальная токовая защита.
  Защита является основной и действует  на  отключение  трансформатора  без
выдержки времени. При этом отключаются  блочный  масляный  выключатель  1МВ-
110кВ,  генераторный  масляный  выключатель  2МВ-10кВ  и  отключаются  вводы
рабочего питания на секции 3МВ-6кВ.
  Защита выполнена в трех фазном исполнении с использованием реле типа РНТ-
565.
  От  повреждений  внутри  бака  трансформатора,   бака   «регулятора   под
напряжением»  и  понижения  уровня  масла  предусмотрена  газовая  защита  с
использованием  реле  РГЧ3-66.  Защита  действует  на  сигнал   при   слабом
газообразовании и при понижении уровня масла,  а  также  на  отключение  без
выдержки времени при бурном газообразовании.
От токов, обусловленных внешними  короткими  замыканиями,  предусматривается
максимальная токовая защита с комбинированным пуском по  напряжению.  Защита
действует на отключение 3МВ-6кВ с 1-ой выдержкой  времени  и  на  отключение
трансформатора полностью со 2-ой выдержкой времени.  Для  защиты  от  токов,
вызывающих перегрузку  трансформатора,  в  ячейке  КРУ  6кВ  устанавливается
максимально токовая защита с действием на сигнал.



                          Рис.9. Поясняющая схема.


                 а) Расчёт параметров трансформатора собственных нужд.

По данным из каталога для данного трансформатора  и  данным  расчётов  токов
короткого замыкания, полученным из Архэнерго, получим:
|№  |Наименование|Расчётная      |Результат                                     |
|п/п|величины    |формула        |                                              |
|   |            |               |10.5 кВ                |6.3 кВ                |
|1. |Трансформато|[pic]          |[pic]                  |[pic]                 |
|   |р           |               |                       |                      |
|   |ТСН(основное|               |                       |                      |
|   |)           |               |                       |                      |
|2. |Трансформато|[pic]          |[pic]                  |[pic]                 |
|   |р ТСН(min)  |               |                       |                      |
|3. |Трансформато|[pic]          |[pic]                  |[pic]                 |
|   |р ТСН(max)  |               |                       |                      |
|4. |Сопротивлени|[pic]          |[pic]                  |[pic]                 |
|   |е системы в |               |                       |                      |
|   |макс.режиме |               |                       |                      |
|5. |Сопротивлени|[pic]          |[pic]                  |[pic]                 |
|   |е системы в |               |                       |                      |
|   |мин.режиме  |               |                       |                      |
                 а) Расчет продольной дифференциальной защиты трансформатора

|Наименование величины|Расчётная       |Результат                              |
|                     |формула         |                                       |
|                     |                |10,5кВ            |6,3кВ              |
|Первичный ток для    |[pic]           |[pic]             |[pic]              |
|защищаемого          |                |                  |                   |
|трансформатора при   |                |                  |                   |
|работе с номинальной |                |                  |                   |
|нагрузкой            |                |                  |                   |
|Схема соединения     |                |                  |                   |
|трансформаторов тока |                |                  |                   |
|Коэффициент          |Кт              |1000/5=200        |1500/5=300         |
|трансформаторов тока |                |                  |                   |
|Вторичный ток в      |[pic]           |Iном.вт           |Iном.вт=918(1/300=3|
|плечах защиты при    |                |=550(1/200=2.75А  |.06А               |
|работе с номинальной |                |                  |                   |
|нагрузкой            |                |                  |                   |
|Максимальный ток     |Iнб=I`нб+I``нб= |Iнб=0.1(1(1(6300+ |                   |
|небаланса,обусловленн|=?КапКоднI(3)к  |+0.12(6300=1386 А |                   |
|ый погрешностью      |вн max+ +?UI(3)к|                  |                   |
|трансформаторов тока |вн max          |                  |                   |
|и регулированием     |                |                  |                   |
|напряжения           |                |                  |                   |
|Первичный |По условию|Iсз?kн(Iнб расч |Iсз?1.3(1386=1801.|                   |
|ток       |отстройки |                |8 A               |                   |
|срабатыван|от тока   |                |                  |                   |
|ия защиты |небаланса |                |                  |                   |
|по условию|при       |                |                  |                   |
|отстройки |скозном   |                |                  |                   |
|от тока   |3-х фазном|                |                  |                   |
|небаланса |к.з. на   |                |                  |                   |
|при       |шинах     |                |                  |                   |
|внешнем   |          |                |                  |                   |
|трехфазном|          |                |                  |                   |
|коротком  |          |                |                  |                   |
|замыкании |          |                |                  |                   |
|на шинах  |          |                |                  |                   |
|6кВ       |          |                |                  |                   |
|          |По условию|Iсз?kнIном      |Iсз?1.3(1.05(550=7|                   |
|          |отстройки |                |50.75A            |                   |
|          |от броска |                |                  |                   |
|          |тока      |                |                  |                   |
|          |намагничив|                |                  |                   |
|          |ания      |                |                  |                   |
|Первичный ток        |[pic]           |                  |[pic]              |
|срабатывания         |                |                  |                   |
|приведенный к        |                |                  |                   |
|основной стороне(6кВ)|                |                  |                   |
|Предварительный      |Iср=Iсз/Кт      |                  |Iср=3003/300=10.01 |
|вторичный ток        |                |                  |A                  |
|срабатывания         |                |                  |                   |
|Расчетное число      |Wосн            |                  |Wосн               |
|витков насыщающегося |расч=Fср/Iср    |                  |расч=100/15.01=6,66|
|трансформатора реле  |                |                  |                   |
|для основной стороны |                |                  |Принято-7 витков   |
|Уточненный первичный |[pic]           |                  |[pic]              |
|ток срабатывания     |                |                  |                   |
|защиты               |                |                  |                   |
|Уточненный ток       |Iср осн=Fср/Wосн|                  |Iср осн=100/7=14.3А|
|срабатывания реле на |                |                  |                   |
|основной стороне     |                |                  |                   |
|Расчетное число      |[pic]           |[pic]             |                   |
|витков на неосновной |                |                  |                   |
|стороне              |                |                  |                   |
|Ток срабатывания на  |Iср             |Iср               |                   |
|неосновной стороне   |неосн=Fср/Wнеосн|неосн=100/7=14.3 А|                   |
|Первичный ток        |Iср неосн=IсрnT |Iср               |                   |
|срабат.з-ты со       |                |неосн=14.3(200=286|                   |
|стороны питания      |                |0 A               |                   |
|Коэффициент          |[pic]           |[pic]                                  |
|чувствительности     |                |Чувствительность защиты достаточна     |
|защиты               |                |                                       |
|Принимаемый тип      |РНТ-565                                                  |
|защиты               |                                                         |


б) Расчет максимальной токовой защиты с пуском по напряжению на стороне
      10,5 кВ

|№  |Наименование величины |Расчётная формула |Результат                       |
|п/п|                      |                  |                                |
|   |                      |                  |10,5 кВ           |6,3 кВ      |
|Токовый орган                                                                  |
|1. |Первичный ток         |[pic]             |[pic]             |            |
|   |срабатывания по       |                  |                  |            |
|   |условию отсройки от   |                  |                  |            |
|   |тока нагрузки         |                  |                  |            |
|2. |Коэффициент           |[pic]             |[pic]             |            |
|   |чувствительности при  |                  |                  |            |
|   |2-х фазном к.з. на    |                  |                  |            |
|   |шинах 6,3 кВ в        |                  |                  |            |
|   |минимальном режиме    |                  |                  |            |
|3. |Ток срабатывания реле |Iс.р.=Iс.з/nT     |Iс.р.=962.5/200=4.|            |
|   |                      |                  |8 А               |            |
|4. |Принимаемый тип реле РТ-40/10                                             |
|Пусковые органы напряжения                                                     |
|5. |Напряжение            |Uс.з=1.1Uном      |             |Uс.з=0.11(6.3=0.69|
|   |срабатывания          |                  |             |                  |
|   |устройства фильтр-реле|                  |             |                  |
|   |напряжения обратной   |                  |             |                  |
|   |последовательности    |                  |             |                  |
|6. |Принимаемый тип реле РНФ-1М                                               |
|7. |Уставка реле,         |Uвозвр.р=Uост/kн  |             |Uвозвр.р=3.74/1.2=|
|   |включенного на        |где               |             |3.12              |
|   |междуфазное напряжения|Uост=[pic]        |             |где               |
|   |(напряжение возврата  |                  |             |Uост=[pic]        |
|   |реле)                 |                  |             |                  |
|8. |Принимаемый тип реле РН-53/60Д                                            |


                 в) Расчет защиты трансформатора от перегрузки.

|№  |                                   |Результат                              |
|п/п|                                   |                                       |
|   |                                   |6.3 кВ                                 |
|1. |Первичный ток срабатывания защиты  |Iсз ? (Кн/Кв)(Iном |Iсз =              |
|   |                                   |                   |(1,05/1,08)(917,4 =|
|   |                                   |                   |1205 А             |
|2. |Ток срабатывания реле              |Iср=Iсзkсх/nT      |Iсз в = 1205/200 = |
|   |                                   |                   |6,02 А             |
|3. |Принимаемый тип реле               |РСТ-13-24-1                            |


      Список использованной литературы:


      1.  Федосеев А.М. "Релейная защита электрических систем"
   2. Чернобровов Н.В. "Релейная защита"
   3. Таубес И.Р. "Релейная зашита мощных турбогенераторов"
   4. Шабад М.А. "Защита трансформаторов распределительных сетей"
   5. Шабад М.А. "Расчёт релейной защиты и автоматики распределительных
      сетей"

-----------------------



                                     3Г

                                     Т23

                                   TU 6кВ

                                     КU2

                                     КU1

                                     КА4

                                     КА3

                                     КА2

                                     КА1

                                    КАТ3

                                    КАТ2

                                    КАТ1

                                     2МВ

                                     3МВ

                                     1МВ