Модернизация комплекса релейной защиты подстанции Гидростроитель 110/35/6 кВ / Диплом/Пояснительная записка1.doc

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 8

1. КРАТКИЙ АНАЛИЗ ПОДСТАНЦИИ «Гидростроитель» 10

1.1. Место и назначение подстанции в районной энергосистеме 10

1.2. Основные показатели подстанции 10

1.3. Описание главной схемы электрических силовых цепей 11

2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ 14

2.1. Выбор мощности и количества силовых трансформаторов 14

2.2. Выбор выключателей и разъединителей на РУ 110/35/6 кВ 17

2.3. Выбор трансформаторов собственных нужд 21

3. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И РАБОЧИХ

ТОКОВ В ОБЪЁМЕ, НЕОБХОДИМОМ ДЛЯ РЕЛЕЙНОЙ

ЗАЩИТЫ 23

3.1. Схема замещения и основные допущения при расчётах токов

короткого замыкания 23

3.2. Определение параметров схемы замещения при 3-х и 2-х фазных

коротких замыканиях 27

3.3. Расчёт токов трёхфазного короткого замыкания 30

3.4. Расчёт токов двухфазного короткого замыкания 31

3.5. Расчёт параметров схемы замещения для токов нулевой

последовательности 32

3.6. Расчёт утроенного тока нулевой последовательности при

однофазном КЗ 35

3.7. Расчёт утроенного тока нулевой последовательности при

двухфазном КЗ на землю 36

3.8. Расчёт токов двухфазного КЗ на землю 37

3.9. Расчёт рабочих и номинальных токов 40

4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА 42

4.1. Назначение релейной защиты и автоматики 42

4.2. Выбор объектов защит и их типов 44

4.2.1. Защита силовых трёхобмоточных трансформаторов 46

4.2.2. Защита отходящих линий 49

4.2.3. Устройства автоматики 52

4.3. Защита силовых трёхобмоточных трансформаторов 55

4.3.1. Расчёт параметров срабатывания дифференциальной

токовой защиты трансформатора ТДТН-63000/110/38,5/6,6 кВ на

реле типа ДЗТ-21 55

Стр.

4.3.2. Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных

коротких замыканий на стороне НН, выполненной в виде

максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по

напряжению 66

4.3.3. Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных

коротких замыканий на стороне СН, выполненной в виде

максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по

напряжению 68

4.3.4. Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных

коротких замыканий на стороне ВН, выполненной в виде

максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по

напряжению 70

4.3.5. Расчёт параметров срабатывания максимальной токовой

защиты трансформатора с выдержкой времени от перегрузки 71

4.3.6. Защита от замыканий на землю со стороны низшего

напряжения трансформатора 72

4.3.7. Газовая защита 72

4.4. Защита отходящих линий 72

4.4.1. Расчёт дифференциально-фазной высокочастотной защиты 73

4.4.2. Расчёт трёхступенчатых дистанционных защит отходящих

линий 110 кВ 76

4.4.3. Расчёт токовых отсечек от междуфазных коротких

замыканий 81

4.4.4. Расчёт параметров срабатывания максимальных токовых

нулевой последовательности от коротких замыканий на землю 83

4.4.5. Расчёт параметров срабатывания максимальных токовых

защит отходящих линий 35 кВ 86

4.5. Применение современных микропроцессорных защит линий

электропередачи 89

4.5.1. Общие сведения о микропроцессорных защитах 89

4.5.2. Применение микропроцессорного терминала серии

MiCOM-124 для защиты линии 35 кВ «Гидростроитель —

− Осиновка» 92

4.5.3. Расчёт параметров срабатывания трёхступенчатой токовой

защиты блока MiCOM-124 и составление файла-конфигурации 93

5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 99

5.1. Действие электрического тока на организм человека 99

5.2. Условия поражения электрическим током 101

5.3. Классификация электроустановок и помещений в отношении

электробезопасности 104

5.4. Основные меры защиты, обеспечивающие безопасность

электротехнического персонала и посторонних лиц 105

 Стр.  

5.5. Оказание первой помощи при поражении электрическим током 109

6. СОСТАВЛЕНИЕ СМЕТНОЙ ВЕДОМОСТИ НА МОНТАЖ

СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА И РАСЧЁТ СТОИМОСТИ

АППАРАТУРЫ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 111

6.1. Составление сметной ведомости на монтажные работы по

установке силового трансформатора 111

6.2. Расчёт стоимости аппаратуры релейной защиты трансформатора 116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 125

 

 

  

ВВЕДЕНИЕ

В последнее время одной из важных проблем в отечественной энергетике является замена устаревшего парка оборудования на электростанциях и подстанциях электроэнергетических систем (ЭЭС), в особенности ЭЭС Сибири. Так, эксплуатация морально устаревших комплексов релейной защиты может привести к ложным срабатываниям защит или даже их отказу, что в свою очередь приведёт к развитию опасных аварийных ситуаций и снижению надёжности функционирования ЭЭС в целом. Всё это предопределяет актуальность темы на сегодняшний день по замене, реконструкции и модернизации комплексов релейной защиты с целью повышения надёжности функционирования и возможности передачи информации с низкого на более высокий уровень иерархии автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), а также возможность автоматического и дистанционного управления отдельными подстанциями.

В данном дипломном проекте предполагается исследовать схему электрической сети подстанции «Гидростроитель» и проработать основные вопросы модернизации комплексов релейной защиты силовых трансформаторов и отходящих линий.

На первом этапе проекта необходимо привести общие сведения об объекте проектирования, которые включают в себя описание главной схемы электрических силовых цепей, а также назначение подстанции в районной энергосистеме.

Далее по данным нагрузок присоединений подстанции следует произвести выбор силовых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд. Кроме этого необходимо рассчитать все виды токов короткого замыкания (КЗ) и на основании результатов расчёта произвести проверку выбранного оборудования, настройку релейной защиты подстанции.

Основным вопросом дипломного проекта является модернизация комплекса релейной защиты подстанции, для чего необходимо произвести подробные расчёты параметров срабатывания выбранных более современных защит трансформаторов и отходящих линий электропередачи на полупроводниковой и микропроцессорной элементной базе.

В разделе безопасность жизнедеятельности рекомендуется рассмотреть основные способы и мероприятия по защите электротехнического персонала от поражения электрическим током.

В экономическом разделе дипломного проекта лучше всего представить локальную смету на приобретение и монтаж силового оборудования, а также произвести расчёт стоимости выбранной аппаратуры релейной защиты.

1. КРАТКИЙ АНАЛИЗ ПОДСТАНЦИИ ГИДРОСТРОИТЕЛЬ

1.1. Место и назначение подстанции в районной энергосистеме

Подстанция «Гидростроитель» 110/35/27.5/6 кВ служит для электроснабжения потребителей прилегающего района города Братска, передачи мощности в сеть 110 кВ, а также для электроснабжения электрифицированной железной дороги. Подстанция находится в кольце: система шин ОРУ 220 кВ Братской ГЭС — пс Заводская — пс Гидростроитель — пс Падунская — система шин ОРУ 220 кВ Братской ГЭС. Данная схема повышает надёжность электроснабжения крупных промышленных потребителей: Ангарстрой, завод СТЭМИ, завод КПД. Подстанция «Гидростроитель» является также тяговой подстанцией, т.е. через неё осуществляется питание электрифицированной железной дороги.

1.2. Основные показатели подстанции

Подстанция «Гидростроитель» 110/35/6 кВ питается от двух воздушных линий 110 кВ с проводами марки АС — 185/29, отходящих от пс Падунская. Со стороны высокого напряжения установлены выключатели типа МКП — 110. С шин ОРУ 110 кВ через указанные выключатели питание поступает на два трёхобмоточных трансформатора типа ТДТН — 63000/110/38,5/6,6 −У-1 и на два специальных трёхобмоточных трансформатора типа ТДТНЖ — 40000/110/27,5/6,6 —У-1. Обмотки среднего напряжения трансформаторов ТДТНЖ — 40000/110/27,5/6,6 —У-1 полностью питают ОРУ 27,5 кВ, с шин которого осуществляется электроснабжение железной дороги. С обмоток среднего напряжения трансформаторов ТДТН — 63000/110/38,5/6,6 −У-1 через выключатели типа МКП — 35 питание поступает на шины ОРУ 35 кВ. С обмоток низкого напряжения трансформаторов ТДТН — 63000/110/38,5/6,6 −У-1 через кабельные линии питается эл. бойлерная, а с обмоток низкого напряжения трансформаторов ТДТНЖ — 40000/110/27,5/6,6 —У-1 через реакторы типа РБ — 10 — 2500 — 0,20 — У1 питание поступает на ЗРУ 6 кВ, которое состоит из четырёх систем шин попарно связанных между собой. Все потребители подстанции запитываются по кабельным линиям с ЗРУ 6 кВ.

На подстанции «Гидростроитель» имеется постоянный дежурный персонал, который следит за состоянием оборудования, положением коммутационной аппаратуры и показаниями приборов. На территории подстанции расположено два здания для размещения устройств релейной защиты и автоматики, а также источника оперативного тока, в качестве которого выступают аккумуляторные батареи.

Таблица 1.1

Отходящие высоковольтные линии подстанции Гидростроитель

Наименование линии	Напряжение в кВ	Количество цепей
пс Падунская — пс Гидростроитель	110	2
пс Гидростроитель — пс Заводская	110	2
пс Гидростроитель — пс Зяба	110	1
пс Гидростроитель — пс Осиновка	35	2
пс Гидростроитель - потребители	35	6
пс Гидростроитель - потребители	6	10

1.3. Описание главной схемы электрических силовых цепей

Главная схема электрических силовых цепей подстанции — это совокупность основного электрооборудования: трансформаторов, линий, сборных шин, коммутационной и другой аппаратуры со всеми выполненными между ними электрическими соединениями.

При разработке главной схемы электрических соединений предъявляются следующие требования [1]:

Ÿ надёжность — свойство системы электроснабжения, обусловленное её безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью, обеспечивающих нормальное выполнение заданных функций системы;

Ÿ безотказность — свойство системы электроснабжения непрерывно сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации;

Ÿ долговечность − свойство системы электроснабжения длительно, с возможными перерывами на ремонт, сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого критического состояния;

Ÿ ремонтопригодность — свойство системы электроснабжения, выражающееся в приспособлении к восстановлению неисправностей путём предупреждения, либо обнаружения и устранения.

Кроме этих требований система электроснабжения должна быть по возможности простой и экономичной, что обуславливает экономию денежных средств, как при её строительстве, так и при дальнейшей эксплуатации. Она должна иметь возможность поэтапного развития распределительных устройств (РУ) с ростом потребителей электроэнергии.

Согласно ПУЭ [2] при разработке главной схемы электрических силовых цепей необходимо учитывать категории потребителей по обеспечению надёжности электроснабжения. Категории потребителей характеризуются его технологическим процессом, режимом потребления и характером работы.

Подстанция «Гидростроитель» имеет потребителей, как первой, так и второй категории надёжности по электроснабжению, что обязывает к соответствующей схеме питания.

Для повышения качества электроэнергии и обеспечения надёжности электроснабжения принимаем к установке помимо основных трансформаторов ещё два специальных трансформатора, осуществляющие питание электрифицированного железнодорожного транспорта.

В соответствии с количеством присоединений (таблица 1.1) используем типовые схемы РУ, утверждённые Минэнерго, принимая следующие принципиальные схемы:

110 кВ — две рабочие системы шин секционированные выключателем;

35 кВ — две рабочие системы шин секционированные выключателем;

6 кВ — четыре рабочие системы шин попарно секционированные

выключателем.

 

 

2. ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ

2.1. Выбор мощности и количества силовых трансформаторов

Выбирая число и мощность трансформаторов, необходимо учитывать требования надёжности электроснабжения потребителей. Трансформаторы должны обеспечивать надёжную работу подстанции как в нормальном режиме, так и в режимах отключения одного из трансформаторов для планово-предупредительного ремонта или в аварийном [3]. Как правило, на всех районных подстанциях предусматривается установка не менее двух трансформаторов, мощность каждого из которых выбирается равной 0,65 — 0,7 от максимальной нагрузки подстанции [4]. При установке двух трансформаторов по условию аварийной перегрузки при отключении одного из трансформаторов ПУЭ [2] допускают 40% перегрузку оставшегося в работе трансформатора на 6 часов в течение 5 суток, при условии, что коэффициент начальной загрузки составляет не более 93%.

Мощность трансформатора определяется исходя из его стопроцентной загрузки, т.е. в режиме максимальной нагрузки. Таким образом, номинальная мощность трансформатора S_ном при установке на подстанции двух трёхобмоточных трансформаторов определяется исходя из следующего условия [4]:

, (2.1)

где  − нагрузка на шинах среднего напряжения подстанции;

− нагрузка на шинах низкого напряжения подстанции;

 − допустимый коэффициент перегрузки в послеаварийных

режимах.

Загрузка трансформаторов подстанции Гидростроитель зависит от режима работы самой подстанции. Как сказано выше, мощность трансформатора определяется для режима максимальной нагрузки. В связи с этим мощность трансформаторов будем выбирать по данным максимального режима, приведённым в таблице 2.1.

В соответствии с данными таблицы 2.1 и условием выбора трёхобмоточных трансформаторов необходимо принять два трансформатора мощностью по 40 МВА и два трансформатора по 10 МВА, что не соответствует действительности. Это объясняется тем, что подстанция «Гидростроитель» строилась в то время, когда на полную мощность работали крупные ближайшие потребители. Учитывая рост производства в последнее время и необходимый запас по мощности для будущего развития, замена трансформаторов более низкой мощности экономически нецелесообразна.

Таблица 2.1.

Загрузка трансформаторов подстанции в режиме максимальной нагрузки

Наименование присоединения (трансформатор)	Напряжение	Максимальная загрузка		Загрузка
	кВ	А	МВА	%
Т1	110		35,5	56
	35	154	10,0
	6	2300	25,5
Т2	110		20,3	32
	35	160	10,4
	6	900	10,0
Т3	110		1,8	5
	27,5	38	1,8
	6	0	0,0
Т4	110