Применение современных устройств релейной защиты и автоматики в городских электрических сетях
|
Введение 4
1. Анализ текущего состояния системы релейной защиты находящихся в
эксплуатации в городских электрических сетях 7
1.1 Анализ структуры и особенностей построения и конструктивного
исполнения городских электрических сетей 7
1.1.1 Схемы городских сетей 9
1.1.2 Электроснабжающие сети 9
1.1.3 Питающие и распределительные сети 10 кВ 10
1.1.4 Распределительные сети 0.4 кВ 12
1.1.5 Описание объекта исследования 12
1.2 Устройства релейной защиты и автоматики, применяемые в городских электрических сетях 15
1.2.1 Историческая справка 15
1.2.1 Электромеханические реле 19
1.2.2 Электростатические реле 21
1.2.3 Микропроцессорные реле 23
1.2.4 Виды повреждений 25
1.2.5 Парк устройств защиты 26
1.2.6 Неисправности 26
1.2.7 Защита основного оборудования РП, ТП, питающих и распределительных
линий электропередачи 27
1.2.8 Автоматика 29
1.2.9 Телемеханика 31
1.3 Современные тенденции построения интеллектуальных систем электроснабжения и устройств релейной защиты и автоматики городских электрических сетей 32
Вывод по главе 1 44
2. Исследование современных микропроцессорных устройств релейной защиты
и автоматики 45
2.1 Сравнительный анализ электромеханических и микропроцессорных реле . 45
2.2 Микропроцессорные средства релейной защиты 46
2.3 Микропроцессорная релейная защита для интеллектуальной сети 48
2.4 Информационная безопасность релейной защиты и автоматики
энергетических объектов 53
2.5 Сравнительный анализ функционала микропроцессорных блоков релейной
защиты 54
2.6 Методы расчета коротких замыканий 62
Выводы по главе 2 66
3 Технико-экономическое обоснование возможности применения выбранных устройств релейной защиты в городских распределительных сетях 67
3.1 Параметры системы электроснабжения 67
3.2 Анализ нормальных режимов контролируемой сети 67
3.3. Токи короткого замыкания 68
3.4 Расчет токов короткого замыкания 73
3.5 Послеаварийные режимы сети 86
3.5.1 Вариант 1 86
3.5.2 Вариант 2 95
3.5.3 Вариант 3 104
3.4 Экономическое обоснование 113
3.4.1. Товарная продукция 113
3.4.2 Экономический расчет 115
Выводы по главе 3 120
Заключение 121
Список используемых источников 123
1. Анализ текущего состояния системы релейной защиты находящихся в
эксплуатации в городских электрических сетях 7
1.1 Анализ структуры и особенностей построения и конструктивного
исполнения городских электрических сетей 7
1.1.1 Схемы городских сетей 9
1.1.2 Электроснабжающие сети 9
1.1.3 Питающие и распределительные сети 10 кВ 10
1.1.4 Распределительные сети 0.4 кВ 12
1.1.5 Описание объекта исследования 12
1.2 Устройства релейной защиты и автоматики, применяемые в городских электрических сетях 15
1.2.1 Историческая справка 15
1.2.1 Электромеханические реле 19
1.2.2 Электростатические реле 21
1.2.3 Микропроцессорные реле 23
1.2.4 Виды повреждений 25
1.2.5 Парк устройств защиты 26
1.2.6 Неисправности 26
1.2.7 Защита основного оборудования РП, ТП, питающих и распределительных
линий электропередачи 27
1.2.8 Автоматика 29
1.2.9 Телемеханика 31
1.3 Современные тенденции построения интеллектуальных систем электроснабжения и устройств релейной защиты и автоматики городских электрических сетей 32
Вывод по главе 1 44
2. Исследование современных микропроцессорных устройств релейной защиты
и автоматики 45
2.1 Сравнительный анализ электромеханических и микропроцессорных реле . 45
2.2 Микропроцессорные средства релейной защиты 46
2.3 Микропроцессорная релейная защита для интеллектуальной сети 48
2.4 Информационная безопасность релейной защиты и автоматики
энергетических объектов 53
2.5 Сравнительный анализ функционала микропроцессорных блоков релейной
защиты 54
2.6 Методы расчета коротких замыканий 62
Выводы по главе 2 66
3 Технико-экономическое обоснование возможности применения выбранных устройств релейной защиты в городских распределительных сетях 67
3.1 Параметры системы электроснабжения 67
3.2 Анализ нормальных режимов контролируемой сети 67
3.3. Токи короткого замыкания 68
3.4 Расчет токов короткого замыкания 73
3.5 Послеаварийные режимы сети 86
3.5.1 Вариант 1 86
3.5.2 Вариант 2 95
3.5.3 Вариант 3 104
3.4 Экономическое обоснование 113
3.4.1. Товарная продукция 113
3.4.2 Экономический расчет 115
Выводы по главе 3 120
Заключение 121
Список используемых источников 123
Питания потребителей, находящихся на территории городов, осуществляют специальные электрические сети, которые отличаются от электрических сетей энергетической сети. Они обладают своими характерными особенностями и особо полно эти особенности проявляют себя при создании электрических сетей мегаполисов. В нынешнее время эти сети формируют особые системы электроснабжения городов.
Система электроснабжения города состоит из электрических сетей разных напряжений. Эти сети располагаются на территории города и обеспечивают бесперебойное электроснабжения потребителей электрической энергии. Сети напряжением 35 - 110 кВ и выше относятся к питающим сетям, а напряжением 0.4 и 6 - 10 кВ к распределительным сетям. В систему электроснабжения города входят электрические сети 35 - 110 кВ для электроснабжения крупных потребителей. Они в свою очередь связанны с сетями 220 - 330 кВ энергосистемы. Питание большинства потребителей осуществляется распределительной сетью напряжением 6 - 10 кВ, а для питания бытовых потребителей используется напряжение 0.4 кВ.
Непрерывный рост энергопотребления городов требует постоянного развитие и улучшения электрических сетей. Это влечет за собой неизбежный рост и разветвленность электрической сети. Что влечет за собой возрастающие число аварий в результате действий внешних и внутренних факторов, таких как погодные явления, старение фондов и неверные действия оперативного персонала. В результате аварий, происходит нарушение нормальной работы части или всей городской сети, что сопровождающиеся недоотпуском электрической энергии потребителям и понижением ее качества, что влечёт за собой материальный ущерб в виде недоотпуска продукции или разрушение основного оборудования. Для ликвидации большинства аварий и не допущения их развития необходимо быстрое отключение поврежденного участка электрической сети при помощи устройств релейной защиты.
Важнейшим видом электрической автоматики является релейная защита, без нее неосуществима нормальная и надежная работа нынешних электрических сетей. За счет нее осуществляется постоянный контроль за состоянием и режимом работы всех частей сети и в случае возникновения дефекта или нарушения режима работы она на них реагирует.
Релейная защита начала свое развитие на электромеханической базе. Со временем конструкция усложнялась, и реле развились до многофункциональных механических комплексов. Затем появились полупроводниковые устройства защиты. Они не имели такой высокой надежности как механические, поэтому не смогли полностью их заменить и на сегодняшний день они эксплуатируются вместе.
После появление и совершенствования цифровой микропроцессорной техники, компьютерных и информационных технологий на свет появились устройства защиты совершенно нового поколения. Впервые эти устройства релейной защиты появились в 80 годах, но в России внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты началось только в 90 года прошлого столетия. Техническое перевооружение релейной защиты началось еще в конце прошлого века, но все равно процент электромеханических и статических реле, находящихся в эксплуатации достаточно высок и составляет примерно 65%. При этом надо учитывать то, что первые микропроцессорные реле были введены в эксплуатацию более 20 лет назад и за это время они технически устарели и обладали своими недостатками.
За все время развития релейной защиты алгоритмы их работы не изменились, изменились лишь элементная база и методы реализации защит. Устройства на микропроцессорной базе имеют свои особенностями. Они компактны. Специальное программное обеспечение реализует работу логики этих устройств. А конструктивно их выполняют из одного или нескольких микропроцессоров, выходных реле, измерительных преобразователей и дискретных входов. Такое вариант исполнения позволил распределить в одном корпусе разные виды защит и связать их на программном уровне, что позволило уменьшить расходы на материалы для их изготовления и установки. Помимо этого, уменьшились габаритные размеры устройства и его энергопотребление. Конструкция цифровых защит позволяет унифицировать эти устройства и выпускать их с однотипным программным обеспечением. Это упрощает их дальнейшую эксплуатацию на объектах электроснабжения с большим количеством микропроцессорных защит с разными функциями. С помощью программного обеспечения можно задавать и изменять существующие уставки и настройки, а также изменять функций защиты без изменения в схемы. Все сообщения о работе устройства в нормальных и аварийных режимах, кроме того осциллограммы этих событий записываются при помощи встроенного регистратора аварийных и эксплуатационных событий. Благодаря этому можно производить более точный анализ работы защит и аварийных ситуаций.
Поскольку городская сеть очень обширна и разветвлена, то при расчете уставок защиты возникают проблемы. Они заключаются в том, что цепь от источника до места повреждения состоит из множества элементов и быстродействие релейной защиты упирается в конструктивные особенности самого реле, что в свою очередь влечет к неизбежному увеличению времени нахождения электроустановок под большим током в случае аварии. Микропроцессорные устройства релейной защиты более совершенны в плане быстродействия и позволяют более точно отстроить ступени селективности, что снижает время нахождения оборудования под большим током.
Актуальность работы заключается в том, что, хоть процент электромеханических реле достаточно высок, но все равно наблюдается тенденция к их постепенному вытеснению и переходу на более современные устройства защиты. Это связано с тем, что выпуск электромеханических реле практически остановлен, а находящиеся в эксплуатации реле уже морально и физически устарели и с каждым годом процент аварий из-за неправильных действий электромеханической релейной защиты будет только расти.
Система электроснабжения города состоит из электрических сетей разных напряжений. Эти сети располагаются на территории города и обеспечивают бесперебойное электроснабжения потребителей электрической энергии. Сети напряжением 35 - 110 кВ и выше относятся к питающим сетям, а напряжением 0.4 и 6 - 10 кВ к распределительным сетям. В систему электроснабжения города входят электрические сети 35 - 110 кВ для электроснабжения крупных потребителей. Они в свою очередь связанны с сетями 220 - 330 кВ энергосистемы. Питание большинства потребителей осуществляется распределительной сетью напряжением 6 - 10 кВ, а для питания бытовых потребителей используется напряжение 0.4 кВ.
Непрерывный рост энергопотребления городов требует постоянного развитие и улучшения электрических сетей. Это влечет за собой неизбежный рост и разветвленность электрической сети. Что влечет за собой возрастающие число аварий в результате действий внешних и внутренних факторов, таких как погодные явления, старение фондов и неверные действия оперативного персонала. В результате аварий, происходит нарушение нормальной работы части или всей городской сети, что сопровождающиеся недоотпуском электрической энергии потребителям и понижением ее качества, что влечёт за собой материальный ущерб в виде недоотпуска продукции или разрушение основного оборудования. Для ликвидации большинства аварий и не допущения их развития необходимо быстрое отключение поврежденного участка электрической сети при помощи устройств релейной защиты.
Важнейшим видом электрической автоматики является релейная защита, без нее неосуществима нормальная и надежная работа нынешних электрических сетей. За счет нее осуществляется постоянный контроль за состоянием и режимом работы всех частей сети и в случае возникновения дефекта или нарушения режима работы она на них реагирует.
Релейная защита начала свое развитие на электромеханической базе. Со временем конструкция усложнялась, и реле развились до многофункциональных механических комплексов. Затем появились полупроводниковые устройства защиты. Они не имели такой высокой надежности как механические, поэтому не смогли полностью их заменить и на сегодняшний день они эксплуатируются вместе.
После появление и совершенствования цифровой микропроцессорной техники, компьютерных и информационных технологий на свет появились устройства защиты совершенно нового поколения. Впервые эти устройства релейной защиты появились в 80 годах, но в России внедрение микропроцессорных устройств релейной защиты началось только в 90 года прошлого столетия. Техническое перевооружение релейной защиты началось еще в конце прошлого века, но все равно процент электромеханических и статических реле, находящихся в эксплуатации достаточно высок и составляет примерно 65%. При этом надо учитывать то, что первые микропроцессорные реле были введены в эксплуатацию более 20 лет назад и за это время они технически устарели и обладали своими недостатками.
За все время развития релейной защиты алгоритмы их работы не изменились, изменились лишь элементная база и методы реализации защит. Устройства на микропроцессорной базе имеют свои особенностями. Они компактны. Специальное программное обеспечение реализует работу логики этих устройств. А конструктивно их выполняют из одного или нескольких микропроцессоров, выходных реле, измерительных преобразователей и дискретных входов. Такое вариант исполнения позволил распределить в одном корпусе разные виды защит и связать их на программном уровне, что позволило уменьшить расходы на материалы для их изготовления и установки. Помимо этого, уменьшились габаритные размеры устройства и его энергопотребление. Конструкция цифровых защит позволяет унифицировать эти устройства и выпускать их с однотипным программным обеспечением. Это упрощает их дальнейшую эксплуатацию на объектах электроснабжения с большим количеством микропроцессорных защит с разными функциями. С помощью программного обеспечения можно задавать и изменять существующие уставки и настройки, а также изменять функций защиты без изменения в схемы. Все сообщения о работе устройства в нормальных и аварийных режимах, кроме того осциллограммы этих событий записываются при помощи встроенного регистратора аварийных и эксплуатационных событий. Благодаря этому можно производить более точный анализ работы защит и аварийных ситуаций.
Поскольку городская сеть очень обширна и разветвлена, то при расчете уставок защиты возникают проблемы. Они заключаются в том, что цепь от источника до места повреждения состоит из множества элементов и быстродействие релейной защиты упирается в конструктивные особенности самого реле, что в свою очередь влечет к неизбежному увеличению времени нахождения электроустановок под большим током в случае аварии. Микропроцессорные устройства релейной защиты более совершенны в плане быстродействия и позволяют более точно отстроить ступени селективности, что снижает время нахождения оборудования под большим током.
Актуальность работы заключается в том, что, хоть процент электромеханических реле достаточно высок, но все равно наблюдается тенденция к их постепенному вытеснению и переходу на более современные устройства защиты. Это связано с тем, что выпуск электромеханических реле практически остановлен, а находящиеся в эксплуатации реле уже морально и физически устарели и с каждым годом процент аварий из-за неправильных действий электромеханической релейной защиты будет только расти.
Непрерывный рост энергопотребления городов требует постоянного развитие и улучшения электрических сетей. Это влечет за собой неизбежный рост и разветвленность электрической сети. Что влечет за собой возрастающие число аварий в результате действий внешних и внутренних факторов, таких как погодные явления, старение фондов и неверные действия оперативного персонала. В результате аварий, происходит нарушение нормальной работы части или всей городской сети, что сопровождающиеся недоотпуском электрической энергии потребителям и понижением ее качества, что влечёт за собой материальный ущерб в виде недоотпуска продукции или разрушение основного оборудования. Для ликвидации большинства аварий и не допущения их развития необходимо быстрое отключение поврежденного участка электрической сети при помощи устройств релейной защиты.
Важнейшим видом электрической автоматики является релейная защита, без нее неосуществима нормальная и надежная работа нынешних электрических сетей. За счет нее осуществляется постоянный контроль за состоянием и режимом работы всех частей сети и в случае возникновения дефекта или нарушения режима работы она на них реагирует.
В первой главе произведен анализ структуры городской электрической сети и устройств релейной защиты, эксплуатирующийся в ней. Из анализа было выявлено:
1. Проанализированы структуры и особенности построения и конструктивного исполнения городских электрических сетей.
2. Рассмотрены устройства релейной защиты и автоматики, применяемые в городских электрических сетях.
3. Современные тенденции построения интеллектуальных систем электроснабжения и устройств релейной защиты и автоматики городских электрических сетей.
Во второй главе были исследованы микропроцессорные блоки релейной защиты:
1. Рассмотрены микропроцессорные блоки релейной защиты нескольких производителей.
2. Произведено сравнение функционала микропроцессорных блоков релейной защиты.
3. Выбран производитель микропроцессорных блоков релейной защиты для установки на участке городской электрической сети.
4. Рассмотрены методы расчетов токов коротких замыканий.
В третьей главе было рассчитан экономический эффект:
1. Произведен расчет токов коротких замыканий для участка городской электрической сети в номинальном режиме работы.
2. Рассмотрены три варианта послеаварийного режима работы участка городской электрической сети и произведен расчет токов коротких замыканий для этих режимов.
3. Произведен экономический расчёт возможных затрат на реализацию проекта модернизации релейной защиты участка городской электрической сети.
Модернизация существующей релейной защиты участка городской электрической сети города Самара экономически целесообразно.
Важнейшим видом электрической автоматики является релейная защита, без нее неосуществима нормальная и надежная работа нынешних электрических сетей. За счет нее осуществляется постоянный контроль за состоянием и режимом работы всех частей сети и в случае возникновения дефекта или нарушения режима работы она на них реагирует.
В первой главе произведен анализ структуры городской электрической сети и устройств релейной защиты, эксплуатирующийся в ней. Из анализа было выявлено:
1. Проанализированы структуры и особенности построения и конструктивного исполнения городских электрических сетей.
2. Рассмотрены устройства релейной защиты и автоматики, применяемые в городских электрических сетях.
3. Современные тенденции построения интеллектуальных систем электроснабжения и устройств релейной защиты и автоматики городских электрических сетей.
Во второй главе были исследованы микропроцессорные блоки релейной защиты:
1. Рассмотрены микропроцессорные блоки релейной защиты нескольких производителей.
2. Произведено сравнение функционала микропроцессорных блоков релейной защиты.
3. Выбран производитель микропроцессорных блоков релейной защиты для установки на участке городской электрической сети.
4. Рассмотрены методы расчетов токов коротких замыканий.
В третьей главе было рассчитан экономический эффект:
1. Произведен расчет токов коротких замыканий для участка городской электрической сети в номинальном режиме работы.
2. Рассмотрены три варианта послеаварийного режима работы участка городской электрической сети и произведен расчет токов коротких замыканий для этих режимов.
3. Произведен экономический расчёт возможных затрат на реализацию проекта модернизации релейной защиты участка городской электрической сети.
Модернизация существующей релейной защиты участка городской электрической сети города Самара экономически целесообразно.
Подобные работы
- Исследование работы релейной защиты и автоматики подстанции 110/6 кВ
Дипломные работы, ВКР, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4385 р. Год сдачи: 2017 - ПРОЕКТИРОВАНИЕ СУЛЕМСКОЙ ГЭС НА РЕКЕ СУЛЕМ. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ. АЛГОРИТМЫ И УСТАВКИ
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4375 р. Год сдачи: 2022 - Модернизация релейной защиты и автоматики трансформаторной подстанции 110/10 кВ городской распределительной сети
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5400 р. Год сдачи: 2018 - УПРАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫМИ СЕТЯМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОТОКОВОЙ МОДЕЛИ УСТАНОВИВШЕГОСЯ РЕЖИМА
Диссертации (РГБ), электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4370 р. Год сдачи: 2018 - Модернизация системы релейной защиты ГПП-1 ПАО «КуйбышевАзот»
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 1800 р. Год сдачи: 2020 - Модернизация системы релейной защиты ГПП–1 ПАО
«КуйбышевАзот»
Магистерская диссертация, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 5500 р. Год сдачи: 2020 - Реконструкция электрической части понизительной подстанции «Геологическая» 110/10 кВ
Бакалаврская работа, электротехника. Язык работы: Русский. Цена: 4700 р. Год сдачи: 2020 - Проектирование электрической части подстанции напряжением 110/10 кВ сельской электрической сети
Бакалаврская работа, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4750 р. Год сдачи: 2023 - Реконструкция сети электроснабжения от РП-6 24 микрорайона г.Нижнекамск
Дипломные работы, ВКР, электроэнергетика. Язык работы: Русский. Цена: 4300 р. Год сдачи: 2018