Разработка технических решений по созданию подсистемы релейной защиты в рамках АСУТП электростанции
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 9
1.1 АСУТП ГЭС 9
1.2 Подсистема релейной защиты 11
2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 12
3 РАСЧЁТ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КЗ 19
3.1 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 6 19
3.2 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 4 21
4 РАСЧЁТ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ 22
4.1 Расчёт дистанционной защиты по индуктивному сопротивлению 22
4.1.1 Комплекты защиты 2 и 2' 22
4.1.2 Комплект защиты 8 28
4.1.3 Комплект защиты 3 33
4.1.4 Комплект защиты 7 41
4.1.5 Комплект защиты 5 43
4.1.6 Комплекты защиты 1 и 1' 45
4.2 Расчёт времени срабатывания вторых ступеней дистанционной защиты 48
4.2.1 Комплекты защиты 1 и 1' 48
4.2.2 Комплекты защиты 2 и 2' 48
4.2.3 Комплект защиты 5 48
4.2.4 Комплект защиты 7 49
4.2.5 Комплект защиты 8 49
4.2.6 Комплект защиты 3 49
4.3 Расчёт времени срабатывания третьих ступеней дистанционной защиты 49
4.3.1 Комплект защиты 8 49
4.3.2 Комплект защиты 3 50
4.3.3 Комплект защиты 7 50
4.3.4 Комплект защиты 5 50
4.3.5 Комплекты защит 1 и 1' 50
4.3.6 Комплекты защит 2 и 2' 51
4.4 Расчёт дистанционной защиты по активному сопротивлению 51
4.4.1 Комплекты защиты 1 и 1' 51
4.4.2 Комплекты защиты 2 и 2' 53
4.4.3 Комплект защиты 5 55
4.4.4 Комплект защиты 7 56
4.4.5 Комплект защиты 3 58
4.4.6 Комплект защиты 8 60
4.5 Отстройка дистанционной защиты от рабочего режима 62
4.5.1 Отстройка комплектов 1 и 1' дистанционной защиты от рабочего режима 63
4.5.2 Отстройка комплектов 2 и 2' дистанционной защиты от рабочего режима 63
4.5.3 Отстройка комплекта 3 дистанционной защиты от рабочего режима 64
4.5.4 Отстройка комплекта 5 дистанционной защиты от рабочего режима 64
4.5.5 Отстройка комплекта 7 дистанционной защиты от рабочего режима 65
4.5.6 Отстройка комплекта 8 дистанционной защиты от рабочего режима 65
4.6 Пересчёт уставок ко вторичным цепям 66
4.7 Ток точной работы 67
4.8 Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах подстанций А и В 69
4.8.1 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции А 69
4.8.2 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции В 71
5 ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ТНЗНП) 73
5.1 Расчёт параметров нулевой последовательности 73
5.2 Расчёт уставок ТНЗНП 76
5.2.1 Расчёт первой ступени ТНЗНП 2 комплекта 76
5.2.2 Расчёт второй ступени ТНЗНП 2 комплекта 81
5.2.3 Расчёт третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта 90
5.2.4 Расчёт четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта 91
5.2.5 Расчёт выдержки времени второй ступени ТНЗНП 2 комплекта 98
5.2.6 Расчёт выдержки времени третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта 99
5.2.7 Расчёт выдержки времени четвертой ступени ТНЗНП 2 комплекта 99
5.3 Пересчёт уставок ко вторичным цепям 99
6 ОХРАНА ТРУДА 101
6.1 Расчёт защитного заземления подстанции 101
6.2 Меры безопасности при эксплуатации реле 105
7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 107
7.1 Оценка экономической эффективности релейной защиты 107
7.2 Принципы оценки экономической эффективности релейной защиты и автоматики 108
7.3 Классификация ущерба 109
7.4 Оценка экономического ущерба 111
8 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 9
1.1 АСУТП ГЭС 9
1.2 Подсистема релейной защиты 11
2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ 12
3 РАСЧЁТ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КЗ 19
3.1 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 6 19
3.2 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 4 21
4 РАСЧЁТ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ 22
4.1 Расчёт дистанционной защиты по индуктивному сопротивлению 22
4.1.1 Комплекты защиты 2 и 2' 22
4.1.2 Комплект защиты 8 28
4.1.3 Комплект защиты 3 33
4.1.4 Комплект защиты 7 41
4.1.5 Комплект защиты 5 43
4.1.6 Комплекты защиты 1 и 1' 45
4.2 Расчёт времени срабатывания вторых ступеней дистанционной защиты 48
4.2.1 Комплекты защиты 1 и 1' 48
4.2.2 Комплекты защиты 2 и 2' 48
4.2.3 Комплект защиты 5 48
4.2.4 Комплект защиты 7 49
4.2.5 Комплект защиты 8 49
4.2.6 Комплект защиты 3 49
4.3 Расчёт времени срабатывания третьих ступеней дистанционной защиты 49
4.3.1 Комплект защиты 8 49
4.3.2 Комплект защиты 3 50
4.3.3 Комплект защиты 7 50
4.3.4 Комплект защиты 5 50
4.3.5 Комплекты защит 1 и 1' 50
4.3.6 Комплекты защит 2 и 2' 51
4.4 Расчёт дистанционной защиты по активному сопротивлению 51
4.4.1 Комплекты защиты 1 и 1' 51
4.4.2 Комплекты защиты 2 и 2' 53
4.4.3 Комплект защиты 5 55
4.4.4 Комплект защиты 7 56
4.4.5 Комплект защиты 3 58
4.4.6 Комплект защиты 8 60
4.5 Отстройка дистанционной защиты от рабочего режима 62
4.5.1 Отстройка комплектов 1 и 1' дистанционной защиты от рабочего режима 63
4.5.2 Отстройка комплектов 2 и 2' дистанционной защиты от рабочего режима 63
4.5.3 Отстройка комплекта 3 дистанционной защиты от рабочего режима 64
4.5.4 Отстройка комплекта 5 дистанционной защиты от рабочего режима 64
4.5.5 Отстройка комплекта 7 дистанционной защиты от рабочего режима 65
4.5.6 Отстройка комплекта 8 дистанционной защиты от рабочего режима 65
4.6 Пересчёт уставок ко вторичным цепям 66
4.7 Ток точной работы 67
4.8 Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах подстанций А и В 69
4.8.1 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции А 69
4.8.2 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции В 71
5 ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ТНЗНП) 73
5.1 Расчёт параметров нулевой последовательности 73
5.2 Расчёт уставок ТНЗНП 76
5.2.1 Расчёт первой ступени ТНЗНП 2 комплекта 76
5.2.2 Расчёт второй ступени ТНЗНП 2 комплекта 81
5.2.3 Расчёт третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта 90
5.2.4 Расчёт четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта 91
5.2.5 Расчёт выдержки времени второй ступени ТНЗНП 2 комплекта 98
5.2.6 Расчёт выдержки времени третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта 99
5.2.7 Расчёт выдержки времени четвертой ступени ТНЗНП 2 комплекта 99
5.3 Пересчёт уставок ко вторичным цепям 99
6 ОХРАНА ТРУДА 101
6.1 Расчёт защитного заземления подстанции 101
6.2 Меры безопасности при эксплуатации реле 105
7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 107
7.1 Оценка экономической эффективности релейной защиты 107
7.2 Принципы оценки экономической эффективности релейной защиты и автоматики 108
7.3 Классификация ущерба 109
7.4 Оценка экономического ущерба 111
8 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ 112
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Электроэнергетическая система - сложный энергетический объект, представляющий собой совокупность многих объектов, а именно: электрические станции в качестве источников электрической энергии; воздушные и кабельные линии в виде элементов передачи; открытые, закрытые и другие распределительные устройства в качестве элементов распределения и нагрузка в виде потребителя электрической энергии. В процессе работы системы возникают ненормальные режимы работы сети и аварии на объектах.
Развитие аварии может быть устранено быстрым отключением поврежденного участка при помощи специальных автоматических устройств - релейной защиты. Основными назначениями релейной защиты являются:
- выявление поврежденного элемента и отключение данного элемента с помощью ближайших выключателей;
- обнаружение нарушений нормального режима и в зависимости от характера нарушения релейная защита восстанавливает режим или подаёт сигнал.
Целью выпускной работы является анализ возможных режимов сети для расчёта уставок релейной защиты, а также моделирование распределительной системы в программном обеспечении PSCAD.
Основной вид повреждения высоковольтных линий - короткое замыкание. В сетях с эффективно-заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) имеют место как однофазные, так и междуфазные короткие замыкания.
В распределительных сетях 110-220 кВ в качестве основных и резервных защит от междуфазных КЗ применяется ступенчатая дистанционная защита, а от коротких замыкания на землю - ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП). На линиях 110 кВ и выше данные защиты используются в качестве резервных при наличии двухстороннего питания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Произвести обзор АСУТП гидроэлектростанции;
2. Привести исходные данные к значениям, необходимым для дальнейших расчётов;
Развитие аварии может быть устранено быстрым отключением поврежденного участка при помощи специальных автоматических устройств - релейной защиты. Основными назначениями релейной защиты являются:
- выявление поврежденного элемента и отключение данного элемента с помощью ближайших выключателей;
- обнаружение нарушений нормального режима и в зависимости от характера нарушения релейная защита восстанавливает режим или подаёт сигнал.
Целью выпускной работы является анализ возможных режимов сети для расчёта уставок релейной защиты, а также моделирование распределительной системы в программном обеспечении PSCAD.
Основной вид повреждения высоковольтных линий - короткое замыкание. В сетях с эффективно-заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) имеют место как однофазные, так и междуфазные короткие замыкания.
В распределительных сетях 110-220 кВ в качестве основных и резервных защит от междуфазных КЗ применяется ступенчатая дистанционная защита, а от коротких замыкания на землю - ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП). На линиях 110 кВ и выше данные защиты используются в качестве резервных при наличии двухстороннего питания.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Произвести обзор АСУТП гидроэлектростанции;
2. Привести исходные данные к значениям, необходимым для дальнейших расчётов;
В выпускной работе были выполнены следующие задачи.
Рассмотрена автоматизированная система управления технологическими процессами гидроэлектростанции, требования, предъявляемые к АСУТП, а также задачи, которые выполняет вся система управления и, в особенности, подсистема релейной защиты.
Рассчитаны уставки дистанционной защиты каждого комплекта выключателей распределительной системы 110 - 220 кВ. Так как коэффициент чувствительности второй ступени комплектов защит №1 и 1', №2 и 2', №3 не удовлетворял требованиям ПУЭ, было выполнено согласование с резервной ступенью дистанционной защиты автотрансформаторов, а также со второй ступенью дистанционной защиты смежных линий, вследствие чего было увеличено время срабатывания защиты и достигнут необходимый коэффициент чувствительности .
Была выполнена отстройка от рабочего режима дистанционной защиты, где была введена блок-программа для комплектов защиты №1 и 1', №2 и 2', рассчитан ток точной работы каждого комплекта выключателей, остаточное напряжение на питающих шинах сети.
Рассчитаны уставки токовой направленной защиты нулевой последовательности второго комплекта выключателей. Коэффициент чувствительности второй ступени не удовлетворял требованиям ПУЭ, но решением данной проблемы послужило то, что был достигнут необходимый коэффициент чувствительности третьей ступени.
Выполнена оценка экономической эффективности релейной защиты, экономического ущерба, расчёт защитного заземления подстанции, перечислены меры безопасности при эксплуатации реле.
Была разработана модель электроэнергетической системы в PSCAD для проверки рассчитанных вручную уставок дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности. При сравнении результатов, которые были получены в процессе ручного расчёта по формулам, с результатами, полученными с помощью моделирования в программном пакете, установлено, что уставки рассчитаны верно в обоих случаях и релейная защита должна работать селективно.
Рассмотрена автоматизированная система управления технологическими процессами гидроэлектростанции, требования, предъявляемые к АСУТП, а также задачи, которые выполняет вся система управления и, в особенности, подсистема релейной защиты.
Рассчитаны уставки дистанционной защиты каждого комплекта выключателей распределительной системы 110 - 220 кВ. Так как коэффициент чувствительности второй ступени комплектов защит №1 и 1', №2 и 2', №3 не удовлетворял требованиям ПУЭ, было выполнено согласование с резервной ступенью дистанционной защиты автотрансформаторов, а также со второй ступенью дистанционной защиты смежных линий, вследствие чего было увеличено время срабатывания защиты и достигнут необходимый коэффициент чувствительности .
Была выполнена отстройка от рабочего режима дистанционной защиты, где была введена блок-программа для комплектов защиты №1 и 1', №2 и 2', рассчитан ток точной работы каждого комплекта выключателей, остаточное напряжение на питающих шинах сети.
Рассчитаны уставки токовой направленной защиты нулевой последовательности второго комплекта выключателей. Коэффициент чувствительности второй ступени не удовлетворял требованиям ПУЭ, но решением данной проблемы послужило то, что был достигнут необходимый коэффициент чувствительности третьей ступени.
Выполнена оценка экономической эффективности релейной защиты, экономического ущерба, расчёт защитного заземления подстанции, перечислены меры безопасности при эксплуатации реле.
Была разработана модель электроэнергетической системы в PSCAD для проверки рассчитанных вручную уставок дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности. При сравнении результатов, которые были получены в процессе ручного расчёта по формулам, с результатами, полученными с помощью моделирования в программном пакете, установлено, что уставки рассчитаны верно в обоих случаях и релейная защита должна работать селективно.