Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте

Скачайте в формате документа WORD


Анализ работы подстанции Южная с исследованием надежности

МИНИСТЕРСТВООБЩГо Иа ПРОФЕСИОНАЛЬНГо ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСОй ФЕДЕРАЦИИ

ЛИПЕЦИй ГОСУДАРСТВЕНЫй ТЕХНИЧЕСКЙа УНИВЕРСИТЕТ

Кафедр электрооборудования

ПОЯСНИТЕЛЬНЯа ЗАПИСКА

ка дипломномуа проектуа по специальности 18.13.00. - Внутризаводское электрооборудование н тему:

анализ работы электрооборудования подстанции Правобережная с оценкой


эффективности стройства релейной защиты иа автоматики


Студента

ЭО - 95

(фамилия, имя, отчество полностью)

группа

доцент, кандидата техническиха наук

(подпись студента)

Шпигановича Алл Александровна

а дипломного проекта


(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

экономике и организации производства - доцент, кандидат

по

техническиха наука Шпигановича Алл Александровна

(наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

по охране труда -

по

(наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

по нормоконтролю -

по

(наименование раздела, ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)


Рецензент

(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)


Дипломный проекта рассмотрена н кафедреа и допущена к защите в ГКа

профессор, доктора техническиха наук

Шпигановича Александра Николаевич

а кафедройа


(ученое звание, степень, фамилия, имя, отчество, подпись)

ЗАДАНИЕ


РЕФЕРАТ

Ва работе рассмотрены вопросы проверочного расчет объект электроснабжения иа сравнения полученныха результатова са реально существующейа подстанцией Правобережная. Ва специальной части рассмотрены вопросы эффективности применения устройства релейной защиты и автоматики.


ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ

Ва настоящее время электрическая энергия является наиболее ашироко используемой формой энергии. Это обусловлено относительнойа легкостью ее получения, преобразования, передачи н большое расстояние иа распределения междуа приемниками. Огромную роль ва системаха электроснабжения играюта электрические подстанции Ч электроустановки, предназначенные для преобразования и распределения электрической энергии. Ва России, кака и ва другиха западныха странах, для производств и распределения электрической энергии используюта трехфазный переменный тока частотой 50 Гц. Применениеа трехфазного ток частотойа 50 Гца обусловлено большейа экономичностью сетей иа установока трехфазного ток по сравнению са сетями однофазного переменного тока, также возможностью применения ва качестве электропривод наиболееа надежных, простыха иа дешевыха асинхронныха электродвигателей.

Ва качестве объект исследования выбран подстанция Правобережная. Данная подстанция входита ва состава оо Липецкэнерго - ЛСа иа расположен ва юго-западнойа части город Липецка. Подстанция, кака объекта электроснабжения, был спроектирован иа построен для снабжения электрической энергией определенного количеств приемников. З прошедшее время произошло изменение количеств приемников, а, следовательно, иа уровня нагрузок. Поэтомуа оборудование старело морально и технически. Н оо Липецкэнерго - ЛСа рассматривается вопроса модернизации данной подстанцииа путема замены старевшего оборудования на аболееа новое и совершенное, также становкиа новой автоматизированной системы релейной защиты, автоматизацииа и правления. Для этого необходима повторныйа расчета подстанции c четома всеха произошедшиха з последнее время изменений.

Для обеспечения надежной иа бесперебойной работы, кака подстанции, така иа энергосистемы, большое значениеа имеюта стройства релейной защиты иа автоматики. Поэтомуа приа проектировании, изготовлении иа эксплуатации стройства релейнойа защиты и автоматикиа уделяется большое вниманиеа обеспечение надежной работы данныха стройств. Высокая надежность системы релейнойа защиты и автоматикиа достигается при сочетанииа высокой надежности отдельныха элементова са надлежащима техническима обслуживанием. Основнуюа часть стройства релейнойа защиты и автоматикиа ва России составляюта аналоговые электромеханические стройства. При этома надежность система релейной защиты и автоматики достигаета 99,5%. Это достигается за асчета оптимальнойа структуры система релейнойа защиты и автоматикиа и высокиха трудозатрата персонал н техническоеа обслуживание. Согласно Сводномуа годовомуа отчетуа о работе стройства релейнойа защиты и автоматикиа оО Липецкэнерго количество стройства релейной защиты иа автоматики, проработавшиха 25а лета и более, составляета около 29%а ота общего количеств устройства релейной защиты и автоматики. Вследствиеа морального и физического износ стройства релейнойа защиты и автоматикиа увеличились трудозатраты персонала, которые направлены н поддержание надежностиа этиха стройства н должнома ровне.

Ва настоящее время ва западныха странаха широкоеа распространение получили микропроцессорные системы защиты, контроля иа управления, которые имеюта равные или лучшиеа показатели надежности иа меньшие трудозатраты н техническое обслуживание по сравнению са системамиа н аналоговыха стройствах. Поэтомуа необходимо внедрениеа микропроцессорныха система релейнойа защиты и автоматики.

Цельюа данной работы является проверочный расчета объект электроснабжения и сравнениеа полученныха результатова c реально существующей подстанцией, рассмотрение существующей системы релейной защиты и автоматики иа определение ее эффективности.


1. ПРОВЕРОЧЫй РАСЧТа ОБЪЕКТ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1. Влияние окружающей среды на работу подстанции Правобережная

Ва даннома проектеа ва качестве объект электроснабжения рассматриваема подстанцию Правобережная. Он работаета в системе совместно са другими подстанциямиа этого же класса. Работ ва такома режиме позволяета осуществлять дополнительноеа резервирование потребителей иа значительно повышаета надежность иха электроснабжения. Подстанция Правобережная получаета энергиюа ва виде трехфазного ток частотой 50 Гца по линии напряжениема 220 кВа длиной 11,9 кма ота подстанции Борино - 500. Затема энергия преобразуется н напряжения 110 кВ, 35 кВа и 10 кВа иа распределяется соответствующима электроприемникам.

Подстанция Правобережная находится ва юго-западной частиа город Липецка. Липецкая область располагается ва средней полосе c мерено - континентальныма климатом. Колебание температуры ва течение год не очень значительны и составляюта 20 - 300С. Приа этома среднегодовой ровень осадкова ва областиа составляета 550 - 600 мм, количество грозовыха дней ва году - 40 - 60. Давлениеа ветр ва среднем неа превышаета 35 Н/м. Толщин ледяного покров приа обледенении проводова иа другиха открытыха конструкцийа составляета 3 мм. Надежность работы основного электрооборудования зависита ота словий внешнейа среды. Н работуа различныха электротехническиха стройства оказываюта влияние различныеа факторы:а дары, вибрация, перегрузки, перепады температуры, электрические и магнитныеа поля, влажность, песок, вызывающие коррозию жидкостиа и газы, солнечная радиация. Ва городеа расположена крупный металлургический комбината АО НЛМК. Работ комбинат сопровождается повышенныма содержаниема пыли, взвешенныха твердыха частица и химическиха примесей. Иза химическиха примесей наибольшую концентрациюа имеюта окислы серы и азота. Это приводита к необходимостиа использования двойной изоляцииа и другиха мера по обеспечению необходимого уровня изоляции. Обслуживающемуа персоналуа необходимо принимать ряда мера по обеспечениюа нормальной работы оборудования. Ка нима относятся:а протирк керамическиха изоляторов, профилактик и другиеа операции. Поэтомуа приа выборе основного электрооборудования необходимо принять во вниманиеа то, что подстанция работаета ва непосредственной близостиа ота крупного металлургического комбината.

1.2. Выбора месторасположения

Подстанция Правобережная, кака и любая другая подстанция, является важныма звенома системы электроснабжения. Такима образом, выбора оптимального месторасположения подстанции является однима иза важныха этапова проектирования любойа системы электроснабжения. В самома начале расчет составляется списока всеха объектов, которые получаюта энергиюа ота данной подстанции, затема наносится н плана иха расположение. Кроме того, необходимо знать графикиа активной и реактивной нагрузока всеха приемникова электрической энергии. При рациональнома размещенииа подстанции н местностиа технико-экономическиеа показатели системы электроснабжения близкиа к оптимальным. Это позволяета снизить затраты при эксплуатации, така кака при передачиа потери электрической энергииа минимальны. Для определения месторасположения подстанции приа проектировании системы электроснабжения строится картограмм нагрузок.

1.3. Картограмм нагрузок

Картограмм нагрузока представляета собой размещенные н плане местности окружности, причема площади, ограниченныеа этими окружностями, ва выбраннома масштабе равны расчетныма нагрузкама объектова электроснабжения. Для каждого приемник электрической энергииа строится своя окружность, центра которой совпадаета са центрома объекта. Каждый круга можета быть разделена н секторы, соответствующие осветительной, силовой, низковольтной, высоковольтной нагрузкам. Ва этома случае картограмм нагрузока даета представлениеа не только о величине нагрузок, но и иха структуре. Центра нагрузки объект электроснабжения является символическима центрома потребления электрическойа энергии. Картограмм нагрузока позволяета достаточно наглядно представить распределение нагрузока по территории. Тогда, согласно [1]:

(1.1)

где Pi - нагрузк объекта аэлектроснабжения, кВт;

ri Ц радиуса окружности, км;

т - масштаба для определения площади круга, кВт/км2.

Иза формулы (1.1)а можно легко определить радиуса окружности:

(1.2)

Подстанция Правобережная получаета питание по двухцепнойа линии 220 кВа Правобережная длинойа 11,9 км. Н линииа 220 кВа Правобережная используются провод марки АСО - 300. Провода выбрана по условию обеспечения механическойа прочности, такжеа наличиема в атмосфере вредныха веществ. Н подстанцииа осуществляется преобразование электрической энергииа са напряжения 220 кВа до напряжений 110, 35а и 10 кВ. Преобразованная электрическая энергия передается соответствующима приемникама по воздушныма и кабельныма линиям. Мощность, передаваемая по воздушныма иа кабельным линиям, также расстояния до приемников приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

110

Дон

1898 + j339

70,2

Лебедянь

156 + j220

72,0

Сухая Лубна

613 + j284

30,0

Центролит

55 + j18

6,9

Московская

92 + j37

9,7

Бугор

339 + j119

5,0

Вербилово

587 + j0

32,5

35

Кирпичный завод

5 + j4

1,0

ЛОЭЗ

88 + j80

5,2

Борино

202 + j94

15,3

Мясокомбинат

202 + j133

3,0

10

КТП - 307

275 + j

0,8

МСУ - 14

100 + j88

1,4

РП - 17

530 + j327

1,9

Брикетная

47 + j45

1,0

Баз ПСМК

204 + j170

1,1

Телецентр

33 + j5

0,5

Сырское

15 + j15

1,2

ГРС

86 + j17

0,9

Подгорное

16 + j15

1,6

Совхоза 50 лета Октября

28 + j29

1,2

Данныеа по мощности приемникова электрической энергии взяты н АО Липецкэнерго - ЛСа по результатама контрольныха замерова ота 16а июня 1а года. Определима радиуса окружностей, характеризующиха мощность приемникова электрической энергии, по формуле (1.2):

Для остальныха приемникова расчета проводится аналогично. Результаты расчет сведены ва табл. 1.2.

Таблица 1.2

Радиусы окружностей, характеризующиха активные иа реактивные мощности приемников

Приемник

rа, км.

rр, км.

Лебедянь

3,151

3,742

Сухая Лубна

6,247

4,252

Центролит

1,871

1,070

Московская

2,420

1,535

Бугор

4,646

2,752

Вербилово

6,113

0

Кирпичный завод

0,101

0,505

ЛОЭЗ

2,367

2,257

Борино

3,586

2,446

Мясокомбинат

3,586

2,910

КТП - 307

4,184

3,759

МСУ - 14

2,523

2,367

РП - 17

5,809

4,563

Брикетная

1,730

1,693

Баз ПСМК

3,604

3,290

Телецентр

1,449

0,564

Сырское

0,997

0,997

ГРС

2,340

1,040

Подгорное

1,009

0,977

Совхоза 50 лет Октября

1,335

1,359

Теперь определима словный центра электрическиха нагрузок. Она необходима для выбор наиболее оптимального месторасположения объект электроснабжения. Приа проведении расчет будема считать, что электрическиеа нагрузки распределены равномерно по всей площадиа приемника, тогд центра электрическиха нагрузока совпадаета са центрома тяжестиа данной системы масс. Координаты словного центр активныха и реактивныха нагрузок, согласно [1], определяются по следующима общима формулам:

(1.3)

(1.4)

Определяема словный центра активныха электрическиха нагрузок:

Расчета словного центр реактивныха нагрузока проводится аналогично. Тогд словныйа центра реактивныха нагрузока находится ва точкеа са координатами х0,р. 8,3а иа у0,р. 15. Кака видно иза расчет центра электрическиха нагрузока н картограмме представлена в виде стабильной точки. Ва реальности приемникиа работаюта са нагрузкой, которая изменяется c течениема времени. Поэтомуа нельзя говорить о центре электрическиха нагрузок, кака о некоторойа стабильной точки на генеральном плане. В действительности можно говорить о зоне рассеяния центра электрических нагрузок, как о зоне, в которой с некоторой вероятностью должен находится объект электроснабжения.

Определима дельную (взвешенную)а активную и реактивнуюа мощность каждого приемника:

Для остальныха приемникова расчета проводится аналогично. Результаты расчет представлены ва табл. 1.3.

Таблица 1.3

Удельная (взвешенная) активная и реактивная мощность каждого приемника

Приемник

РТ

1

2

3

Лебедянь

0,028

0,097

Сухая Лубна

0,110

0,126

Центролит

0,010

0,008

Московская

0,017

0,016

Бугор

0,061

0,053

Вербилово

0,105

0

Кирпичный завод

0,001

0,002

ЛОЭЗ

0,016

0,035

Борино

0,036

0,042

Окончание табл. 1.3

1

2

3

Мясокомбинат

0,036

0,059

КТП - 307

0,049

0,098

МСУ - 14

0,018

0,039

РП - 17

0,095

0,145

Брикетная

0,008

0,020

Баз ПСМК

0,037

0,075

Телецентр

0,006

0,002

Сырское

0,003

0,007

ГРС

0,015

0,008

Подгорное

0,003

0,007

Совхоза 50 лет Октября

0,005

0,013

Теперь определима параметры нормального закон распределения координата центр активныха электрическиха нагрузок:

Послеа нахождения закон распределения координата центр активныха электрическиха нагрузока определима зонуа рассеяния. Для этого необходимо определить радиусы эллипс зоны рассеяния. При этома примем, что точк са координатами ха и у апопадета ва этота эллипса са вероятностью Р(l) = 0,95. Тогда:

Зон рассеяния центр активныха электрическиха нагрузока представляета собой эллипс. Картограмм активныха нагрузока представлен н рис. 1.1. Расчета зоны рассеяния центр реактивныха электрическиха нагрузока проводится аналогично. Результаты расчет сведены ва табл. 1.4.

Таблица 1.4

Параметры нормального закон распределения координата центр реактивныха электрическиха нагрузок

5,185

32,119

0,311

0,125

5,569

13,856

Зон рассеяния центр реактивныха электрическиха нагрузок, атакжеа кака и зон рассеяния центр активныха электрическиха нагрузок, представляета собой эллипс. Картограмм реактивныха нагрузока представлен н рис. 1.2.

1.4. Выбора типа, числ иа мощности трансформаторов

Силовые трансформаторы, которыеа устанавливаются н подстанциях, предназначены для преобразования электрическойа энергии са одного напряжения н другое. Наиболее широкое распространение получилиа трехфазные трансформаторы, така кака потери ва ниха н 12 - 15%а ниже, расхода активныха материалова иа стоимость н 20 - 25%а меньше, чема ва группе треха однофазныха трансформаторова такой же суммарной мощностиа [3]. Приа расчетаха рекомендуется выбирать трехфазные трансформаторы. Ва теха случаях, когда аэто невозможно, то есть нельзя изготовить трехфазныйа трансформатора очень большойа мощности или существуюта ограничения при транспортировке, допускается применение группа иза двуха трехфазныха илиа треха однофазныха трансформаторов. Выбор атрансформаторова заключается ва определении иха числа, тип иа мощности. к основныма параметрама трансформатор относятся номинальные мощность, напряжение, ток;а напряжение короткого замыкания;а тока холостого хода;а потери холостого хода аи короткого замыкания.

Определение тип иа мощности трансформаторова необходимо провести н основе технико-экономическиха расчетов. Выбора трансформаторова на




подстанцииа Правобережная проведема н основе сравнения двуха вариантов. Расчета разделима н дв этапа. Н первома этапеа проведема технический расчет, н втором - экономический. Экономическийа расчета проведема ва главеа.

Ва начале расчет необходимо определить категориюа электроприемников, к которыма необходимо подводить напряжениеа ота подстанции. Подстанция Правобережная осуществляета электроснабжение потребителейа Iа и IIа категории. Кака известно, перебоиа ва электроснабжении приемникова Iа и IIа категорииа могута привести к тяжелыма авариям аса человеческими жертвами, выходуа иза строя оборудования, нарушению технологического цикл и кака следствиеа экономические потери, поэтомуа такие перебои недопустимы. Поэтомуа при выбореа тип и числ трансформаторова необходимо учитывать надежность электроснабжения иа возможность резервирования приа выходе оборудования иза строя. Исходя иза этого, необходимо рассматривать схемуа двухтрансформаторной подстанции, така кака он отвечаета требованияма по надежности электроснабжения. Н подстанции Правобережная вместо силовыха трансформаторова становлены автотрансформаторы. По сравнениюа са силовыми трансформаторами тойа же мощности автотрансформаторы обладаюта рядома преимуществ:

- меньший расхода меди, стали, изоляционныха материалов;

- меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяета создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чема трансформаторы;

- меньшие потери иа больший коэффициента полезного действия;

- более легкие словия охлаждения.

Н подстанции становлены три автотрансформатор мощностьюа 125 МВ× каждый. Проверима правильность иха выбора. При этома будема считать, что работе находятся дв автотрансформатора, третийа находится ва резервеа и используется для плавки гололеда. Для правильного выбор автотрансформаторова необходимо определить максимальную полнуюа расчетную мощность. Этуа мощность определима методома упорядоченныха диаграмм. Данный метода является ва настоящееа время наиболее широко используемыма при расчетаха система электроснабжения. Для определения максимальной полнойа расчетной мощности необходимо определить номинальную мощность приемников, которые получаюта электрическую энергию c шина 110 кВ, 35 кВа и 10 кВа подстанцииа Правобережная. При проведенииа расчет не будема учитывать потери энергииа ва линияха электропередачи. Номинальная мощность всеха приемникова электрической энергии равна:

Для определения максимальнойа полной расчетной мощностиа необходимо знать коэффициента максимум и коэффициента использования. Согласно [1], примема коэффициента использования равныма 0,5. Коэффициента максимум определима иза графика, представленного н рис. 1.5.

Тогд максимальная активная расчетная нагрузк равна:

Средняя активная иа реактивная нагрузк з наиболее загруженную сменуа равна:



×Ар.

Максимальная реактивная расчетная нагрузк равна:

×Ар.

Теперь, зная максимальнуюа расчетную активную иа реактивную нагрузку, определяема максимальную полную расчетнуюа нагрузку:

×А.

Средняя расчетная нагрузк з наиболее загруженнуюа сменуа равна:

×А.

При выборе типа, числ и мощностиа автотрансформаторова будема рассматривать дв варианта. Ва первома варианте предусмотрима установкуа двуха автотрансформаторов, во втором - трех. Этиа дв вариант будема рассматривать одновременно. Тогд номинальная мощность, согласно [1], автотрансформатор определяется по формуле:

где Sн.т.п. - номинальная паспортная мощность автотрансформатора, кВ×А;

qс.г. - среднегодовая температура, 0С.

Среднегодовая температур ва городе Липецке равн 50С. следовательно, номинальная мощность автотрансформатор равн номинальной паспортной мощности. Така кака подстанция Правобережная снабжаета электрическойа энергией потребителей Iа и IIа категории, также учитывая необходимость 100%-ного резервирования, номинальная мощность одного автотрансформатор для двуха вариантова равна:

×А;

×А,

где n - количество рассматриваемыха автотрансформаторов.

Данная номинальная мощность соответствуета сегодняшнемуа распределениюа нагрузок. Ва действительности подстанция рассчитан н преобразование иа распределение большей мощности. Выбора типа, числ и мощности автотрансформаторов проведем по сегодняшним данным. По справочнику [2] выбираем для первого варианта два автотрансформатора типа АТДЦТН Ц 125/220/110, для второго варианта - три АТДЦТН - 63/220/110. Мощность автотрансформаторова необходимо определять c четома его перегрузочнойа способности. Систематическая перегрузк характеризуется коэффициентома заполнения графика:

Допустимая нагрузк автотрансформатор ва часы максимум для двуха вариантова соответственно равны:

×А;

×А.

Тогд коэффициента загрузкиа равен:

Определяема коэффициента допустимойа перегрузкиа автотрансформатор зимой:

Така кака перегрузка неа должн превышать 15%, то для всеха вариантова примем:

Суммарный коэффициента кратностиа допустимой перегрузки равен:

Допустимая перегрузк н автотрансформаторы са четома допустимой систематической перегрузкиа ва номинальнома режимеа равна:

×А;

×А.

Иза приведенного расчет следует, что об вариант довлетворяюта поставленным словиям. По этомуа техническомуа расчетуа выбираема вариант, предусматривающий становку двух автотрансформаторов типа АТДЦТН - 125/220/110. становка трех автотрансформаторов типа АТДЦТН Ц 63/220/110 технически нецелесообразна, так требует дополнительных затрат на транспортировку и монтаж. Окончательный вывод по выбору автотрансформаторов следует сделать после проведения экономического расчета.

1.5. Определение токова короткого замыкания

Определениеа токова короткого замыкания производится для выбор и проверки электрического оборудования подстанции, такжеа для проектирования стройства релейной защиты иа автоматики. Ва электрическиха установкаха могута возникать различные виды короткиха замыканий, которые сопровождаются резкима увеличениема тока. Всеа электрооборудование, которое станавливается н объекте электроснабжения, должно быть стойчивыма к токама короткого замыкания и выбираться са четома этиха токов. Согласно [3], различаюта следующиеа виды короткиха замыканий:

- трехфазное, или симметричное, когд три фазы соединяются междуа собой;

- двухфазное - две фазы соединяются междуа собой;

- однофазное - одн фаз соединяется са нейтралью источника через землю;

- двойное замыкание н землю - две фазы соединяются междуа собой иа са землей.

Короткие замыкания ва сетиа возникаюта по следующима основныма причинам:

- повреждение изоляции отдельныха частей электроустановок;

- неправильные действия обслуживающего персонала;

- перекрытия токоведущиха частейа установок.

Расчета токова короткого замыкания са четома действительныха характеристика иа действительного режим работы всеха элементова объект электроснабжения весьм сложен. Для решения задач, представленныха ва даннойа работе, введема ряда допущений, которые значительно упростята расчеты и не внесут существенных погрешностей. К таким допущениям можно отнести:

- принимаем, что фазы ЭСа всеха генераторова не изменяются ва течение всего процесс короткого замыкания;

- не учитываема насыщение магнитныха систем, что позволяета считать постоянными иа не зависящими ота ток индуктивные сопротивления всеха элементов;

- пренебрегаема токома намагничивания силовыха трансформаторов;

- не учитываема емкостныеа проводимости элементова короткозамкнутой цепиа н землю;

- считаем, что трехфазная систем является симметричной;

- влияние нагрузки н тока короткого замыкания учитываема приближенно.

Указанные допущения приводята к незначительномуа преувеличениюа токова короткого замыкания (погрешность не превышаета 10%, что допустимо). Выбранное по этима значениема оборудование, будета иметь некоторый запаса по токуа короткого замыкания. При расчетеа принимаем, что систем обладаета неограниченной мощностью. Это позволяета принять допущения, представленные выше. Расчетная схема объекта электроснабжения представлен н рис. 1.6. Подстанция Правобережная получаета электрическую



Рис. 1.6. Расчетная схем объект электроснабжения


энергию напряжениема 220 кВа по линииа Правобережная длиной 11,9 км. Ва расчете неа будема учитывать отходящиеа линии напряжениема 110 кВ, 35 кВа и 10 кВ. Расчета проведема ва относительныха единицах. Выбираема базисную мощность равнуюа Sб = 100 МВ×А. Весь расчет будема вести относительно этой базисной мощности. При расчете необходимо учитывать, что линия напряжениема 220 кВа является двухцепной. Согласно опытныма данныма погонное индуктивноеа сопротивление линии 220 кВ равно 0,4 Ом/км. Тогд относительное абазисноеа сопротивление линии равно:

Для определения индуктивного сопротивления автотрансформаторова необходимо определить напряжения короткого замыкания для каждойа обмотки. Для автотрансформатор №1а эти значения равны:

налогичныма образома проводима расчета для остальныха автотрансформаторов. Результаты расчет представлены ва табл. 1.4.

Таблица 1.4

Результаты расчет для остальныха автотрансформаторов

втотрансформатора №2

втотрансформатора №3

ик,в

8,06

16,25

ик,с

0,36

Ц5,05

ик,н

40,14

26,25

Теперь определима относительноеа сопротивлениеа автотрансформаторов. Согласно [4]а для трансформаторова и автотрансформаторова относительноеа базисное сопротивление равно:

налогичныма образома определяются относительные базисные сопротивления другиха автотрансформаторова иа трансформаторов. Результаты сведены ва табл. 1.5.

Таблица 1.5

Относительныеа базисные сопротивления автотрансформаторова и трансформаторов

втотрансформатора №2

втотрансформатора №3

х*5

х*6

х*7

х*3,в

х*3,с

х*3,н

х*4,в

х*4,с

х*4,н

0,064

0,003

0,321

0,13

0

0,21

0,056

0,062

0,058

Теперь, зная относительныеа базисные сопротивления всеха элементов, можно определить токи короткого замыкания ва соответствующиха точках. Схем замещения для расчет токова короткого замыкания представлен н рис. 1.7. Тогда:

Базисный тока Iба приа базиснома напряжении Uб = 230 кВа равен:

230 кВ

37 кВ

115 кВ

37 кВ

10,5 кВ



Рис. 1.7. Схем замещения для расчет токова короткого замыкания


Тогд тока короткого замыкания ва точкеа (к-1):

×А.

Для расчет ток короткого замыкания ва точке (к-2)а принимаема з базисное напряжениеа Uб = 10,5 кВ. Все относительные базисныеа сопротивления, необходимые для расчета, следуета привестиа к этомуа базисномуа напряжению. Тогд результирующее относительноеа сопротивление линии электропередачи напряжениема 220 кВа равно:

Относительное базисное сопротивлениеа обмотки высшего напряжения автотрансформатор также необходимо привести к базисномуа напряжению 37 кВ. Тогда:

Теперь, когд всеа необходимые относительные базисныеа сопротивления приведены к расчетномуа сопротивлению, определяема относительное результирующее сопротивление:

Базисный тока Iба приа базиснома напряжении 37 кВа равно:

Тока короткого замыкания ва точке (к-2)а равен:

×А.

Ва остальныха точкаха тока короткого замыкания определяется аналогично. Расчета приведена ва Приложении 1, результаты сведены ва табл. 1.6.

Таблица 1.6

Результаты расчета аток короткого замыкания

к-1

Iп(к-1)

кА

62,75

Iу(к-1)

кА

159,735

S(к-1)

МВ×А

24998

к-2

Iп(к-2)

кА

10,0

Iу(к-2)

кА

25,46

S(к-2)

МВ×А

641

Окончание табл. 1.6

к-3

Iп(к-3)

кА

45,64

Iу(к-3)

кА

116,18

S(к-3)

МВ×А

9091

к-4

Iп(к-4)

кА

12,19

Iу(к-4)

кА

31,03

S(к-4)

МВ×А

781

к-5

Iп(к-5)

кА

18,15

Iу(к-5)

кА

46,20

S(к-5)

МВ×А

330

1.6. Выбора и проверк электрическиха аппаратов

1.6.1. Проверк электрическиха аппаратова по номинальномуа токуа и токуа короткого замыкания. Надежная работ любого объект электроснабжения обеспечивается только тогда, когд каждыйа выбранный аппарата соответствуета кака словияма номинального режима, така иа условияма работы приа короткиха замыканиях. Поэтомуа электрооборудование сначал выбираема по номинальныма параметрам, затема осуществляема проверкуа н действиеа токова короткого замыкания.

1.6.1.1. Выбора и проверк выключателей высокого напряжения. Н подстанции Правобережная применяются выключатели тип У - 220 - 10, МКП - 110 - 5, МКП - 35, ВМГ - 133а и ВМП - 10. Выключатель является основныма аппаратома н подстанции, она служита для включения и отключения цепиа ва любыха режимах:а длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостойа ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой операциейа является отключение трехфазного короткого замыкания иа включение н существующееа короткое замыкание. к выключателяма предъявляются следующиеа требования:

- надежное отключение любыха токов;

- быстрот действия, то есть наименьшее время отключения;

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;

- возможность пофазного (пополюсного)а управления;

- легкость ревизии иа осмотр контактов;

- взрыво-а и пожаробезопасность;

- добство транспортировки иа эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения выбираются по номинальномуа напряжению, току, номинальномуа токуа отключения, по ударномуа току, по термической стойчивости. Параметры выбор выключателей представлены ва табл. 1.7.

Таблица 1.7

Параметры выбор выключателейа высокого напряжения

Тип

Расчетный параметра электрической цепи

Каталожные данныеа оборудования

Условие выбора

1

2

3

4

5

6

У - 220 - 10

Uном, с, кВ

220

Uном,, кВ

220

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

1

Iном, А

2

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

62,75

Iп, кА

26,3

Iкз, р £ Iп

Iу, р, кА

159,735

Iу, кА

82

Iу, р £ Iу

Sкз, МВ×А

24998

Sотк, МВ×А

1

Sкз £ Sотк

МКП - 110 - 5

Uном, с, кВ

110

Uном, кВ

110

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

1

Iном, А

1

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

45,64

Iп, кА

18,4

Iкз, р £ Iп

Iу, кА

116,18

Iу, кА

52

Iу, р £ Iу

Sкз, МВ×А

9091

Sоткл, МВ×А

3500

Sкз £ Sотк

МКП - 35

Uном, с, кВ

35

Uном, кВ

35

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

300

Iном, А

600

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

12,19

Iп, кА

12,5

Iкз, р £ Iп

Iу, кА

31,03

Iу, кА

30

Iу, р £ Iу

Sкз, МВ×А

781

Sоткл, МВ×А

350

Sкз £ Sотк

ВМГ - 133

Uном, с, кВ

10

Uном, кВ

10

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

200

Iном, А

600

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

18,15

Iп, кА

20,0

Iкз, р £ Iп

Iу, кА

46,20

Iу, кА

52

Iу, р £ Iу

Sкз, МВ×А

330

Sоткл, МВ×А

100

Sкз £ Sотк

Окончание табл. 1.7

1

2

3

4

5

6

ВМП - 10

Uном, с, кВ

10

Uном, кВ

10

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

200

Iном, А

600

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

18,15

Iп, кА

19,3

Iкз, р £ Iп

Iу, кА

46,20

Iу, кА

52

Iу, р £ Iу

Sкз, МВ×А

330

Sоткл, МВ×А

200

Sкз £ Sотк

Н основании сравнения результатов, представленныха ва табл. 1.7, са параметрамиа реально существующего н сегодняшний день электрооборудования подстанцииа Правобережная видно, что часть оборудования неа подходита по рядуа параметров. Поэтомуа я предлагаю, н основанииа [1], заменить выключатели У - 220 - 10 на выключатели серии С - 220 - 25 или ВМТ - 22Б, выключатели МКП - 110 - 5 - на выключатели У - 110 - 2 - 50.

1.6.1.2. Выбора и проверк разъединителей иа отделителей. Разъединитель Ч это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрическойа цепи беза ток или са незначительныма током, который для обеспечения безопасности имеета междуа контактами ва отключеннома положении изоляционный промежуток. Отделитель внешне неа отличается ота разъединителя, но уа него для отключения имеется пружинный привод. Недостатком существующих конструкций отделителей является довольно большое время отключения (0,4 - 0,5 с). Проверка, становленный на подстанции разъединителей и отделителей, представлена в табл. 1.8.

Таблица 1.8

Параметры выбор разъединителей и отделителей

Тип

Расчетный параметра электрической цепи

Каталожные данныеа оборудования

Условия выбора

1

2

3

4

5

6

РЛНД - 1 Ц 220/2, РЛНД - 2 - 220/2

Uном, с, кВ

220

Uном, кВ

220

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

1

Iном, А

1

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

62,75

Iп, кА

31

Iкз, с £ Iп

Вк, кА×с

108,9

Iтер, кА

15

Вк £ I2тер× tтер

tтер, с

10

Окончание табл. 1.8

1

2

3

4

5

6

РЛНД - 1 Ц 110/1, РЛНД - 2 - 110/1

Uном, с, кВ

110

Uном, кВ

110

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

1

Iном, А

1

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

45,64

Iп, кА

31

Iкз, с £ Iп

Вк, кА×с

52,2

Iтер, кА

15

Вк £ I2тер× tтер

tтер, с

10

РЛНД - 1 Ц 35/600, РЛНД - 2 - 35/600

Uном, с, кВ

35

Uном, кВ

35

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

300

Iном, А

600

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

12,19

Iп, кА

31

Iкз, с £ Iп

Вк, кА×с

28,8

Iтер, кА

12

Вк £ I2тер× tтер

tтер, с

10

ОД - 220/1

Uном, с, кВ

220

Uном, кВ

220

Uном, с £ Uном

Iном, с, А

1

Iном, А

1

Iном, с £ Iном

Iкз, р, кА

62,75

Iп, кА

31

Iкз, с £ Iп

Вк, кА×с

108,9

Iтер, кА

15

Вк £ I2тер× tтер

tтер, с

10

Иза табл. 1.8а видно, что установленное оборудование полностьюа подходита по словияма эксплуатации.

1.6.1.3. Выбора трансформаторова напряжения. Трансформатора напряжения предназначена для понижения высокого напряжения до стандартного значения 100 Ва или 100/Ва иа для отделения цепейа измерения и релейнойа защиты ота первичныха цепей высокого напряжения. Существуюта трансформаторы напряжения различного класс точности. Погрешность азависита ота конструкции магнитопровода, магнитнойа проницаемости стали иа ота cosjа вторичнойа нагрузки. Н подстанцииа Правобережная становлены трансформаторы напряжения НКФ - 220, НКФ - 110а и НОМ - 35. Трансформатор напряжения НКФ - 110 имеет двухстержневой магнитопровод, н каждома стержне которого расположен обмотк ВН, рассчитанная н половинуа фазного напряжения UФ/2. Така кака общая точк обмоткиа На соединен c магнитопроводом, то она по отношению к аземлеа находится пода потенциалома Uф/2. Трансформаторы напряжения НКФ - 220а состоята иза двуха блоков, становленныха одина нада другим, то есть имеюта дв магнитопровод иа четыре ступени каскаднойа обмотки На c изоляцией н Uф/4. Проведема выбора и проверкуа трансформаторова напряжения. Результаты выбор сведема ва табл. 1.9.

Таблица 1.9

Выбора трансформаторова напряжения

Типа электрооборудования

Расчетный параметра электрической цепи

Каталожные данные оборудования

Условие выбора

НКФ - 220

Uуст, кВ

220

Uном, кВ

220

Uуст £ Uном

НКФ - 110

Uуст, кВ

110

Uном, кВ

110

Uуст £ Uном

НОМ - 35

Uуст, кВ

35

Uном, кВ

35

Uуст £ Uном

1.6.1.4. Выбора сечения проводова воздушныха линий. Воздушныеа линии предназначены для передачи и распределения электрической энергии по проводама н открытома воздухе. Провод приа помощи изоляторова и арматуры прикрепляются к опорама илиа кронштейнама н зданияха и сооружениях. Приа выборе сечения проводова необходимо учитывать ряда техническиха и экономическиха факторов:

- нагрева ота длительного выделения тепл рабочима телом;

- нагрева ота кратковременного выделения тепл токома короткого замыкания;

- падение напряжения ва проводаха воздушной линииа ота прохождения ток ва нормальныха иа аварийныха режимах;

- механическая прочность Ч устойчивость к механическойа нагрузке (собственный вес, гололед, ветер);

- коронирование - фактор, зависящий ота величины применяемого напряжения, сечения провод и окружающая среда.

Н подстанции Правобережная ва основнома применяются двухцепныеа линии. Это сделано для того, чтобы снизить индуктивное сопротивлениеа линии. меньшение индуктивного сопротивления линии приводита к меньшению потерь мощности при передачиа электрической энергии, что улучшаета экономические характеристики. Для защиты линии электропередачи ота прямыха дарова молнииа используются грозозащитные тросы сечениема 70 мм2а для линий 220 кВа и 50 мм2а для линий а110 кВ.

Выбора сечения проводова линий электропередачи проводится по экономической плотностиа тока. Тогда, согласно [5]:

(1.5)

где Iрасч Ц максимальный расчетный тока ва линии, А;

jэк - экономическая плотность тока, А/мм2.

Согласно [5], экономическая плотность ток jэка для алюминиевыха проводова равн 1,0 А/мм2. Для окончательного выбор необходимо проверить провода по допустимой потериа напряжения:

(1.6)

где а- активная мощность, кВт;

а- реактивная мощность, кВ×Ар;

а- активное сопротивлениеа линии, Ом;

а- индуктивное сопротивлениеа линии, Ом;

l - длин линии, км;

U - напряжение сети, кВ.

Проверима правильность выбор проводов, используемыха н воздушныха линиях, отходящиха ота подстанции Правобережная. Маркиа используемыха н подходящиха и отходящиха воздушныха линияха представлены ва табл. 1.10.

Таблица 1.10

Марки используемыха проводова н соответствующиха линиях

Правобережная

Донская

Сухая Лубна

Центролит

Московская

Бугор

Лебедянь

Вербилово

Кирпичный завод

ЛОЭЗ

Мясокомбинат

Борино

СО - 300

С - 185

С - 185

С - 185

С - 185

С - 185

С - 185

С - 185

С - 95

С - 95

С - 95

С - 95

Тогда, согласно формуле (1.6), потеря напряжения для линии Правобережная напряжениема 220 кВа равна:

Теперь определима допустимую потерюа напряжения ва линии. Допускается потеря напряжения ва линии неа более 5%. То есть:

Иза расчет видно, что потеря напряжения ва линии меньше допустимыха величина DU £ DUдоп, следовательно данный провода подходит. Для остальныха линийа расчета проводится аналогично. Результаты расчет представлены ва табл. 1.11.

Таблица 1.11

Потери напряжения ва воздушные линии

Донская

Сухая Лубна

Центролит

Московская

Бугор

Лебедянь

Вербилово

Кирпичный завод

ЛОЭЗ

Мясокомбинат

Борино

4278

2980

420

591

305

7153

1980

31,3

163

93,9

479

Теперь определима допустимые потериа напряжения ва линиях напряжением 110 кВ и 35 кВ. При этом допускается потеря напряжения не более 5%:

Иза расчет видно, что выбранная марк провод н всеха воздушныха линиях, кроме линииа Лебедянь, така кака падение напряжения меньшеа допустимого значения. Для линии Лебедянь необходимо выбрать провода большего сечения, либо меньшить протекающий по проводама номинальный ток.

По условияма механической прочностиа на алинияха электропередачи напряжениема более 1 Ва применяются многопроволочные провода. Необходимо выполнение словия:

(1.7)

однако проверк по словиюа (1.7)а для линийа электропередачи напряжениема вышеа 1 Ва кака правило не производится, така кака ва большинствеа случаева значение Fмин.мех.а оказываются меньше требуемыха по другима словияма сечений. словием, определяющима допустимость использования того или иного сечения проводова линий электропередачи c точки зрения экономическиа приемлемого ровня потерь мощности и электроэнергии н лкорону, является ограничениеа максимальной напряженности электрического поля н поверхности проводов. Ва [5]а приведены минимальные сечения проводова для выполнения этого словия. Выбранныеа выше провод для воздушныха линий напряжениема 220 кВ, 110 кВа и 35 кВа превосходята минимальныеа допустимые значения. Следовательно данные провод подходят.

1.7. Оценк уровня надежности подстанцииа Правобережная

Оценк ровня надежностиа электроэнергетическиха объектова является основныма ва комплексе предъявляемыха к нима требований. Ва некоторыха энергетическиха системаха число аварий достигаета несколькиха десяткова ва год, годовойа недоотпуска электрической энергииа ва результате аварий - несколько миллиардова киловатт-часов. При такойа высокой аварийности оценк надежности отдельныха видова оборудования и становока и поиска возможныха путей повышения надежностиа становятся первоочередными задачами. Са другой стороны, оценива щерб, нанесенныйа потребителяма перерывома электроснабжения, бытки, вызванные аварийныма ремонтом, также расходы, связанные са повышениема надежности, можно ставить вопроса оба оптимальнома уровне надежности электроэнергетическиха становок. Са внедрениема новойа техники проблем надежностиа основного оборудования становится одной иза главных.

Все электроприемники, которыеа получаюта электроэнергию c шина 110 кВ, 35 кВа и 10 кВа подстанцииа Правобережная, по надежностиа электроснабжения относятся к Iа и IIа категории. Поэтомуа необходимо обеспечить качественное и надежноеа электроснабжения всеха приемников. Для качественного иа надежного электроснабжения необходим безотказная работ всеха элементов, становленныха н подстанции. Для прощения оценки сделаема следующееа допущение:а одновременное появлениеа отказова двух, а, тем более, несколькиха элементова последовательного иха соединения, ва отношенииа надежности считается невозможным;

Схем замещения подстанции Правобережная для оценки надежности представлена на рис. 1.8. Оценка надежности будем проводить на основании классического метода расчета надежности. Данный метод выбран на основании того, что является простыма и доступным для проведения расчета. Показатели надежности отдельных элементов получены на основании расчетов, представленных в [6], а также на основании данных полученных на предприятии. Показатели надежности отдельных элементов представлены в табл. 1.12 и табл. 1.13.

Таблица 1.12

Показателиа надежности трансформатор иа масляного выключателя

Трансформатор

Внезапные отказы

27097,5

Постепенные отказы

45845

Вероятность безотказнойа работы

Восстановление

0,05

Выключатель

Внезапные отказы

7903,6

Постепенные отказы

167598

Вероятность безотказнойа работы

Восстановление

0,04


Рис. 1.8. Схем замещения подстанции Правобережная относительно надежности

где 1 - линия электропередачи;

2 Ц разъединитель;

3 Ц шины;

4 Ц масляный выключатель;

5 Ц отделитель;

6 Ц короткозамыкатель;

7 - трансформатор.


Таблица 1.13

Показатели надежности разъединителя, отделителя, короткозамыкателя и шин

Разъединитель

Отказ

42434,8

Восстановление

0,1

Отделитель

Отказ

6821,8

Восстановление

0,33

Короткозамыкатель

Отказ

5141,6

Восстановление

0,18

Сборные шины

Отказ

12269,4

Восстановление

0,3

Така кака ота подстанции Правобережная потребителиа получаюта электрическую энергиюа напряжениема 110 кВ, 35 кВа и 10 кВ, то необходимо определить надежность иха электроснабжения. Расчета проводится н основанииа показателей надежности, представленныха выше. Так кака расчета для приемникова различного напряжения проводится аналогично, то рассмотрима только схемуа электроснабжения приемникова напряжениема 35. Определима суммарную интенсивность отказова цепи:

налогичныма образома находима суммарную интенсивность отказова остальныха цепей. Результаты расчет представлены ва табл. 1.14.

Таблица 1.14

Интенсивность отказова цепей схемы замещения

Lэ2, 1/ч.

Lэ3, 1/ч.

Lэ4, 1/ч.

Lэ5, 1/ч.

Lэ6, 1/ч.

2,01×10 Ц5

1,79×10 Ц6

2,90×10 Ц6

2,90×10 Ц6

3,51×10 Ц6

Эквивалентная схем замещения системы электроснабжения приемникова напряжениема 35 кВа представлен н рис. 1.9. Теперь определима суммарную интенсивность отказова схемы электроснабжения потребителейа напряжениема 35 кВ:

Среднее время безотказной работы системы электроснабжения потребителей напряжениема 35 кВ:

Среднее время восстановления системы электроснабжения потребителейа напряжениема 35 кВа равно:



Рис. 1.9. Эквивалентная схем замещения системы электроснабжения приемникова напряжениема 35 кВ


Коэффициента готовностиа системы электроснабжения потребителейа напряжением а35 кВ:

Вероятность безотказнойа работы системы н интервале времени ота 0а до t0:

Така кака приемники, получающие электрическую энергиюа напряжениема 35 кВа ота подстанции Правобережная, относятся к Iа и IIа категории по надежности, то необходимо обеспечить резервирование. Поэтомуа электрическая энергия н шины 35 кВа поступаета c двуха автотрансформаторов. Определима надежность системы электроснабжения c четома резервирования. Систем можета находиться ва четыреха состояниях:а триа работоспособные и одно - отказ.

- об элемент работоспособны;

- первый элемента отказал, второй работоспособен;

- первый работоспособен, второй отказал;

- об элемент отказали.

При расчете будема считать, что систем состоита иза двуха параллельныха ветвей. Иза расчета, представленного выше, известно:

Тогда:

Тогд коэффициента готовностиа системы:

Коэффициента простоя системы:

Теперь определима интенсивность отказова системы иза этиха резервированныха элементов:

Среднееа время безотказной работы:

Иза расчет видно, что приа резервировании среднее время безотказной работы системы достигаета 9248а лет, что значительно превышаета срока службы любого оборудования.


2. РЕЛЕЙНЯа ЗАЩИТ Ва СИСТЕМХа ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

2.1. Общиеа сведения

2.1.1. Назначение релейной защиты. Ва энергетическиха системаха могута возникать повреждения и ненормальные режимы работы электрооборудования электростанций иа подстанций, иха распределительныха стройств, линий электропередачи иа электроустановока потребителей электрической энергии. Повреждения ва большинствеа случаева сопровождаются значительныма увеличениема ток иа глубокима понижениема напряжения ва элементаха энергосистемы. Повышенныйа тока выделяета большоеа количество тепла, вызывающееа разрушения ва местеа повреждения и опасныйа нагрева неповрежденныха линийа и оборудования, по которыма этота тока проходит. Понижение напряжения нарушаета нормальную работуа потребителей электроэнергии иа устойчивость параллельной работы генераторова и энергосистемы ва целом. Ненормальныеа режимы обычно приводята к отклонению величина напряжения, ток иа частоты ота допустимыха значений. При пониженииа частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителейа и стойчивости энергосистемы, повышение напряжения и ток грожаета повреждениема оборудования иа линий электропередачи. Такима образом, повреждения нарушаюта работуа энергосистемы и потребителей электроэнергии, ненормальные режимы создаюта возможность возникновения поврежденийа или расстройств работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальнойа работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем ненормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения. Поэтому возникает необходимость в создании и применении автоматических стройств, выполняющих казанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

Первоначально ва качествеа подобной защиты применялись плавкие предохранители. Затем были созданы защитные стройства, выполняемые при помощи специальных автоматов - реле, получившие название релейной защиты.

Релейная защит является основныма видома электрическойа автоматики, беза которойа невозможн нормальная иа надежная работ современныха энергетическиха систем. Он осуществляета непрерывный контроль з состояниема иа режимома работы всеха элементова энергосистемы иа реагируета н возникновениеа повреждений и ненормальныха режимов. При возникновенииа повреждений защит выявляета и отключаета ота системы поврежденный часток, воздействуя н специальныеа силовые выключатели, предназначенные для размыкания токова повреждения. При возникновении ненормальныха режимова защит выявляета иха и ва зависимости ота характер нарушения производита операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подаета сигнала дежурномуа персоналу.

2.1.2. Требования, предъявляемые к релейнойа защите. Эти требования делятся на две большиеа группы:

- требования к защитеа ота короткиха замыканий;

- требования к защитама ота ненормальныха режимов.

Требования к защитеа ота короткиха замыканий:

- селективность;

- быстродействие;

- чувствительность;

- надежность.

Селективность - это способность защиты отключать при короткиха замыканияха только поврежденный частока сети. Такима образом, селективное отключение повреждения является основныма словиема для обеспечения надежного электроснабжения потребителей.

Быстродействие - это способность защиты отключать повреждения са возможно большей быстротой для ограничения размерова разрушения оборудования, повышения эффективностиа автоматического повторного включения линий и сборныха шин, меньшения продолжительности снижения напряжения а потребителейа уа потребителей иа сохранения стойчивости параллельнойа работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом.

Чувствительность - это способность защиты реагировать на повреждения в минимальных режимах системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины, то есть величины, на которую реагирует защита, будет минимальной. Чувствительность защиты оценивается коэффициентом чувствительности. Коэффициент чувствительности есть отношение между значением воздействующей величины при повреждении защищаемой зоны и установленным на защите параметром ее срабатывания. Для защит, реагирующих на ток:

где Iкз.min - минимальный тока короткого замыкания;

Iс.з. - тока срабатывания защиты.

Надежность - это способность защиты выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение определенного промежутка времени.

Защиты от ненормальных режимов, так же как и защиты от коротких замыканий, должны обладать селективностью, чувствительность и надежностью. Быстродействие от этих защит, как правило, не требуется. Часто ненормальные режимы носят кратковременный характер и самоликвидируются, например кратковременная перегрузка при пуске асинхронного электродвигателя. В тех случаях, когда устранение ненормальных режимов может произвести дежурный персонал, защита от ненормальных режимов может выполняться с действием только на сигнал.

2.2. Виды релейной защиты

2.2.1. Токовая защита. Защита, для которой воздействующей величинойа является ток, называется токовой защитой. Этота вида защиты ва системаха электроснабжения получила наибольшее распространение. Первымиа токовыми защитами былиа плавкие предохранители. Суть защиты плавкима предохранителема заключается ва том, что при протекании большого ток плавкая вставк разрушается и цепь разрывается. Ва токовыха защитаха применяются электромагнитные релеа максимального и минимального тока. Реле максимального ток действуета приа превышении воздействующей величины ток срабатывания реле, реле минимального тока - при снижении воздействующей величины менее ток срабатывания реле. Токовые защиты делятся н максимальныеа токовые защиты иа токовые отсечки. Токовая отсечка - это защита, которая срабатываета мгновенно.

2.2.2. Защит по напряжению. Для данного вид защиты воздействующей величиной является напряжение. Защит по напряжению, кака иа токовая защита, выполняется н электромагнитныха релеа максимального и минимального напряжения.

2.2.3. Токовая направленная защита. Направленнойа называется защита, которая действуета при определеннома направлении мощности короткого замыкания. Данный вида защиты применяется ва сетяха са двухстороннима питанием. Защит ва этиха сетяха должн не только реагировать н появление ток короткого замыкания, но для обеспечения селективности должн такжеа учитывать направление мощностиа короткого замыкания ва защищаемой линии или, иначе говоря, фазуа ток ва линииа относительно напряжения н шинах. Направление мощностиа короткого замыкания, проходящейа по линии, характеризует, гдеа возникло повреждение:а н защищаемой линии илиа н другиха присоединениях, отходящиха ота шина даннойа подстанции. Это обстоятельство используется ва токовой направленной защите, которая по знакуа мощности определяет, н какома присоединенииа возникло повреждение, иа действуета только приа короткома замыкании н защищаемома частке.

2.2.4. Дистанционная защита. Данный вида защиты применяется ва сетяха сложнойа конфигурации, например, кольцевая сеть са двухстороннима питанием. Выдержк времениа дистанционной защиты зависита ота расстояния междуа местома становки защиты и точкой короткого замыкания. При этома ближайшая к местуа повреждения дистанционная защит всегд имеета меньшуюа выдержкуа времени, чема более даленные защиты, благодаря этомуа автоматическиа обеспечивается селективное отключениеа поврежденного частка. Основныма элементома дистанционной защиты является дистанционный орган, определяющий даленность короткого замыкания ота мест установки защиты. Ва качестве дистанционного орган используются реле сопротивления, непосредственно илиа косвенно реагирующие н полное, активное илиа реактивное сопротивление линии.

2.2.5. Дифференциальная защита. Принципа действия дифференциальной защиты основана н сравненииа величины и фазы токова ва началеа и конце защищаемого участка. Данная защит обеспечиваета мгновенное отключениеа короткого замыкания ва любой точке защищаемого участк и обладаета селективностью при короткома замыкании з пределамиа защищаемой зоны. Дифференциальные защиты подразделяются н продольныеа и поперечные. Первыеа служата для защиты кака одинарных, така и параллельныха линий, вторые - только параллельныха линий.

2.2.6. Высокочастотная защита. Высокочастотные защиты являются быстродействующими и предназначаются для линий средней иа большой длины. Ониа применяются ва теха случаях, когд по условияма стойчивости илиа другима причинама требуется быстрое двухстороннее отключениеа короткого замыкания ва любой точке защищаемого участка. довлетворяющие этомуа же требованию продольныеа дифференциальная защит непригодн для длинныха линийа вследствие высокой стоимостиа соединительного кабеля иа недопустимого величения его сопротивления. По принципуа действия высокочастотная защит не реагируета н короткие замыкания внеа защищаемого частк иа поэтому, така жеа кака и дифференциальные защиты, не имеюта выдержкиа времени. Существуета дв вид высокочастотныха защит:

- направленная защит са высокочастотной блокировкой, то есть c блокировкой токами высокойа частоты, основанная н сравнении направлений мощностиа короткого замыкания по концама защищаемой линии;

- дифференциально-фазные высокочастотная защита, основанная н сравненииа фаза токова по концама линии.

2.3. Элементы релейной защиты

Устройств релейной защиты, согласно [8], состоята иза несколькиха реле, соединенныха друга c другома по определеннойа схеме. Реле представляета собой автоматическое стройство, которое приходита ва действие при определеннома значении воздействующей н него входной величины. Ва релейной защитеа применяются реле c контактами - электромеханические, бесконтактные - н полупроводникаха или н ферромагнитныха элементах. а первыха при срабатыванииа замыкаются или аразмыкаются контакты, а вторых - приа определеннома значении входнойа величины ха скачкообразно меняется выходная величин у.

Каждыйа комплекта релейной защиты подразделяется н двеа части:

- реагирующая;

- логическая.

Реагирующая часть является главной, он состоита иза основныха реле, которыеа непрерывно получаюта информациюа о состоянии защищаемого элемент и реагируюта н повреждения илиа ненормальные режимы, подавая соответствующие команды н логическую часть защиты.

Логическая часть является вспомогательной, он воспринимаета команды реагирующейа части и, еслиа иха значение, последовательность и сочетание соответствуюта заданной программе, происходита заранее предусмотренные операцииа и подаета правляющийа импульса н отключениеа выключателей. Логическая часть можета выполнятся c помощью электромеханическиха релеа или схема c использованиема полупроводниковыха приборов. Ва соответствии са этима делениема защитныха стройства релеа также делятся н две группы:

- основные, реагирующие н повреждения;

- вспомогательные, действующие по командеа первыха и используемыеа ва логической частиа схемы.

Ва качестве реагирующиха релеа применяют:

- токовыеа реле, реагирующие н величинуа тока;

- релеа напряжения, реагирующие н величинуа напряжения;

- релеа сопротивления, реагирующие н изменение сопротивления.

Кромеа того, широкое распространение получилиа реле мощности, реагирующиеа н величинуа иа направление мощности короткого замыкания, проходящий череза место становки защиты. Для защита ота ненормальныха режимов, така же кака иа для защита ота короткиха замыканий, используются реле ток иа напряжения. Первые служата ва качестве реле, реагирующиха н перегрузку, вторые - н опасноеа повышение или снижениеа напряжения ва сети. Кроме того, применяется ряда специальныха реле, например, реле частоты, действующее при недопустимома снижении или повышенииа частоты;а тепловые реле, реагирующие н величениеа тепла, выделяемое токома при перегрузках.

Ка числуа вспомогательныха релеа относятся:

- релеа времени, служащие для замедления действия защиты;

- релеа указательные, служащие для сигнализации и фиксацииа действия защиты;

- релеа промежуточные, передающие действиеа основныха реле н отключение выключателейа и служащие для осуществления взаимной связиа междуа элементами защиты.

Ва настоящее время ва различныха стройстваха релейнойа защиты получили распространение интегральныеа транзисторно-транзисторные логические схемы [9]. Для устройства релейной защиты и автоматики широко применяются элементы интегральнойа высокопороговойа транзисторно-транзисторнойа логики серии К155а и К511, предназначенныха для работы ва словияха повышенныха электромагнитныха помех.

Практик применения логическиха элементова показывает, что наиболееа рациональныма является применениеа ва стройстваха релейнойа защиты нифицированныха логическиха элементов, реализующиха последовательно двеа логические операции ИЛИ - Еа и И - НЕ. Ониа образуюта функционально полнуюа группуа [10], то есть н основе элементова только одного иза этиха типова возможно построить любую заданную логическуюа схему. Однотипность логическиха элементова облегчаета проектирование, изготовлениеа и эксплуатацию стройства релейной защиты. Ещеа однима преимуществома нифицированныха логическиха элементов, включающиха ва себя инверторы, является наличие ва иха схеме активного усилительного элемента, состоящего иза одного илиа несколькиха транзисторов. Это исключаета возможность затухания уровня сигнал ва цепочке иза несколькиха последовательно соединенныха элементов.

Приа проектировании схема са интегральными логическимиа элементами тип К155а и К511а необходимо учитывать особенность режим работы выходныха каскадова этиха элементова при переходе выходного сигнал ота 1а к 0а иа наоборот. Ва момента переход возможена кратковременный режим, когд открыты об транзистор выходного каскада, что резко величиваета потребляемый элементома ток. Такие броски ток могута вызвать резкиеа колебания напряжения питания элементова и вследствиеа этого сбои ва работе злова схемы. Для исключения такиха сбоева непосредственно н выводаха питания микросхема устанавливаются конденсаторы, са малойа собственной индуктивностью, напримера тип Ма и КЛС.

3. ОЦЕНК ЭФФЕКТИВНОСИа СТРОЙСВа РЕЛЕЙНЙа ЗАЩТы Иа АВТОМАТИКИ

3.1. Причины аварийа ва энергосистеме

анализа аварийностиа ва энергосистеме является основной задачей расследования технологическиха нарушений. Приа этома пода аварийностьюа будема понимать состояниеа системы, которое характеризуется числом анарушенийа и иха последствиямиа з определенный период. При эксплуатации электрооборудования ежемесячно составляются сведения о числе нарушений з истекший период. Н основании этого отчет определяются абсолютные иа относительные изменения по сравнению са предыдущима периодома эксплуатации.

Использование методова надежности для анализ аварийности электрооборудования ва энергосистеме связано c определенными трудностями. Данныеа методы направлены н оценкуа надежности иа эффективности серийного оборудования. При известныха параметраха надежности отдельныха элементова системы эти методы позволяюта оценить надежность связей междуа зламиа системы. Однако, причинамиа нарушений являются неа только неполадки ва оборудовании, но иа опасные внешние воздействия н элементы системы и ошибки человек при правлении технологическими процессамиа ва энергосистеме. Поэтомуа необходимо учитывать поведениеа человек и влияниеа внешней среды существенно ограничиваюта применение теорииа надежности для целейа анализ аварийности ва энергосистеме. Функциональная модель возникновения аварий ва энергосистеме представлен н рис. 3.1. Качественный