Релейная защита и автоматика при реконструкции подстанции 500/220/35 кВ.

1 Анализ технического состояния подстанции «Сомкино» 1.1 Характеристика схемы электрических соединений и основного электротехнического оборудования Подстанция «Сомкино» 500/220/35 кВ располагается в Сургутском районе и находится в ведении филиала ФСК РАО ЕЭС МЭС Западной Сибири. Подстанция связывает между собой газотурбинные электростанции СГРЭС-1 и СГРЭС-2 и питает важные районы нефти - и газодобычи. Подстанция «Сомкино» – транзитная подстанция. На существующей подстанции установлено две группы автотрансформаторов типа АОДЦТН-167000/500/220хл1 (А – автотрансформатор, О – однофазный, ДЦ – принудительная циркуляция воздуха и масла с ненаправленным потоком масла, Т – трёхобмоточный, Н – наличие системы регулирования напряжения, 167000 – номинальная мощность, кВ*А, 500 – класс обмотки ВН, кВ, 220 – класс обмотки СН, кВ, хл – для работы в районах с холодным климатом, цифра 1 – размещение на открытом воздухе). На стороне 500кВ: две питающие («СГРЭС-1» и «СГРЭС-2») и одна отходящая линия («Магистральная»). Схема электрических соединений на высоком напряжении - трансформаторы – шины с присоединением линий через два выключателя. Все линии высокого напряжения, в том числе сборные шины, выполнены проводом 3*АС-500/64. Распределительное устройство высокого напряжения (РУ ВН) содержит следующее оборудование: • выключатели ВВБК-500А-50/3150хл1 (В – выключатель, В – воздушный, БК – с металлической гасительной камерой-баком, 500 – номинальное напряжение, кВ, буква А – категория изоляции, 50/3150 – соответственно номинальный ток, А и номинальный ток отключения, кА, хл – для работы в районах с холодным климатом, цифра 1 – для работы на открытом воздухе); • разъединители РНДЗ-1(2)-500/3200хл1 (Р – разъединитель, Н – наружной установки, Д – двухколонковый, З – с заземляющими ножами, 1(2) – число заземляющих ножей, 500/3200-соответственно номинальное напряжение, кВ и номинальный ток, А, хл – для работы в районах с холодным климатом, цифра 1 – размещение на открытом воздухе); • трансформаторы тока ТФЗМ-500хл1 2000/1 и ТВТ-500 2000/1(Т – трансформатор тока, Ф – с фарфоровой изоляцией, З – с обмотками звеньевого типа, М – маслонаполненный, В – встроенный, Т – для силовых трансформаторов и автотрансформаторов, хл – для работы в районах с холодным климатом, цифра 1 – размещение на открытом воздухе, 2000/1 – коэффициент трансформации); • трансформаторы напряжения НКФ-500хл1 (Н – трансформатор напряжения, К – каскадный, Ф – в фарфоровой покрышке, 500 – класс напряжения, кВ, , хл – для работы в районах с холодным климатом, цифра 1 – размещение на открытом воздухе); • разрядники РВС-20 и РВМГ-500(Р – разрядник, В – вентильный, С – станционный, МГ – модернизированный (РВС)). На стороне 220кВ: шесть отходящих линий (Пимская, Контур, Полоцкая-1, Полоцкая-2, Полоцкая-3, Ленинская). Схема электрических соединений на среднем напряжении - две рабочие секционированные системы шин с обходной. Воздушные линии выполнены проводом АС-400/51; сборные шины – 2*АС-500/64. Распределительное устройство среднего напряжения (РУ СН) содержит следующее оборудование: • выключатели ВВБК-220Б-56-3150хл1; • разъединители РДЗ-1(2)-220/3200 и РДЗ-220/2000; • трансформаторы тока ТФЗМ-220М-хл1 2000/5; • трансформаторы напряжения НКФ-220хл1; • разрядники РВМГ-220/70хл1. На стороне 35кВ – четыре трансформатора собственных нужд (ТСН) типа ТМ-1000/35/0,4хл1 Y/Y-0 (Т – трёхфазный, М – естественная циркуляция воздуха и масла). Установлено следующее оборудование: • выключатели ВВУ-35А-40/2000хл1; • разъединители РНДЗ-1(2)-35/1000хл1; • трансформаторы тока ТФЗМ-35А-хл1 1000/5; • трансформаторы напряжения ЗНОМ-35у1; • разрядники РВС-35хл1. 1.2 Характеристика устройств релейной защиты, противоаварийной автоматики и системы управления Питание оперативных цепей защит, управления, автоматики и сигнализации осуществляется постоянным током от двух автономных аккумуляторных батарей. На подстанции установлены следующие устройства противоаварийной автоматики: • Автоматика прекращения асинхронного хода ( АПАХ ) - резервный на ВЛ-220 Ленинская, действует на отключение В (выключатель) -220 Ленинская с запретом АПВ. Выведено в резерв с отключением всех внешних связей до особого распоряжения ОАО ТЭ; • Автоматика от повышения напряжения (АПН) на ВЛ-500 Магистральная действует на отключение В-500 Магистральная с запретом ТАПВ; • Делительная автоматика (ДА) с контролем перетока активной мощности 50 МВт и более от шин 220 кВ через 1АТГ и 2АТГ действует на отключение В-220 1АТГ и 2АТГ с запретом АПВ. ( Автоматика нормально выведена, вводится в работу при ремонте ВЛ-500 СГРЭС-1– Сомкинская или СГРЭС-2 - Сомкинская ); • Устройство фиксации отключения линий (ФОЛ) на ВЛ-500 Магистральная, ВЛ-500 СГРЭС-1, ВЛ-500 СГРЭС-2 предназначено для использования в цепях ПАА. На ПС Сомкино установлена следующая ВЧ аппаратура: • на ВЛ Магистральная фаза "В" : ПРД АНКА-460, ПРМ АКАП-328; • на ВЛ СРГЭС-1 фаза "В": ПРД АНКА-512, ПРМ АНКА-560; • на ВЛ СГРЭС-2 фаза "В": ПРМ АНКА-568, фаза "С": ПРД АКАП-524; • на ВЛ Ленинская фаза "С": ПРД АНКА-516, фаза "А": ПРМ АНКА-392; • на ВЛ Пимская фаза "С": ПРД АНКА-248; • на ВЛ Полоцкая-1 фаза "В": ПРД АНКА-452; • на ВЛ Полоцкая-3 фаза "С": ПРМ АНКА-532; • на ВЛ Контур фаза "С": ПРД АНКА-248. Регулирование напряжения на шинах 220 подстанции осуществляется автоматически или дистанционно (при выведенной автоматике) устройством РПН. Напряжение на секциях 35 определяется напряжением в сети 500. На ВЛ-500 СГРЭС-1, СГРЭС-2, Магистральная установлены следующие защиты и автоматика: • Основные: комбинированная фильтровая направленная и диффференциально - фазная – НДЗ (ПДЭ-2003); • Резервные: дистанционная защита (ПДЭ-2001) – 3 зоны, четырехступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) и межфазная отсечка (ПДЭ-2002); • ОАПВ, ТАПВ (ПДЭ - 2004); • При однофазных коротких замыканиях и срабатывании быстро-действующих защит (НДЗ, МФО, 1 ступень ЗЗ, 1 зона ДЗ и ускоренных по АНКА 3 ступень ЗЗ и 3 зоны ДЗ) пускается ОАПВ, отключая поврежденную фазу с последующим ее АПВ. При неуспешном ОАПВ происходит трехфазное отключение ВЛ с запретом ТАПВ. При срабатывание всех остальных защит ВЛ происходит трехфазное отключение ВЛ без запрета ТАПВ. Оперативные цепи НДЗ, АПВ, управления В-500, осциллографов включены от аккумуляторной батареи №1, а от аккумуляторной батареи №2–ДЗ, ЗЗ, УРОВ, АНКА И ЛИФП. Дифференциальные защиты ошиновки 500 кВ (ДЗО-500) 1 и 2 секций состоят из двух равнозначных комплектов каждая, по оперативным цепям 1 комплект подключен к АБ №1, а 2 комплект к АБ №2. По токовым цепям 1 и 2 комплект ДЗО-500 включены на разные трансформаторы тока (ТТ). Защита трансформаторов напряжения (ЗНКФЛ) ВЛ-500 Магистральная, СГРЭС-2, СГРЭС-1 фиксирует витковые замыкания в фазе ТН-500 и действует соответственно на пуск 1 сигнала АНКА-460кГц ВЛ-500 Магистральная, 1 сигнала АКАП-524кГц ВЛ-500 СГРЭС-2, 1 сигнала АНКА-512кГц ВЛ-500 СГРЭС-1 и отключение соответственно В-500 ВЛ-500 Магистральная, В-500 ВЛ-500 СГРЭС-2, В-500 ВЛ-500 СГРЭС-1 с запретом ТАПВ. По 1 сигналу происходит отключение выключателей соответствующей ВЛ с противоположной стороны с запретом АПВ. ЗНКФЛ выводится из работы при выводе из работы ПДЭ 2003. Защиты АТГ разделены на две группы с питанием их от отдельных автоматов оперативного постоянного тока. Каждая группа защит имеет свои выходные промежуточные реле. В первую группу входят: • дифференциальная защита; • дифференциальная защита ошиновки 35(ДЗО-35); • защита регулировочной и компенсационной обмоток (РО и КО); • устройство контроля изоляции и защиты вводов 500(КИВ-500). Во вторую группу входят:

Содержание



Введение 11

1 Анализ технического состояния подстанции «Сомкино»

1.1 Характеристика схемы электрических соединений и основно-го электротехнического оборудования

12

1.2 Характеристика устройств релейной защиты, противоава-рийной автоматики и системы управления

14

1.3 Выводы о техническом состоянии подстанции 20



2 Выбор типа, числа и мощности трансформаторов

22



3 Выбор основной схемы электрических соединений

24

3.1 Выбор структурной схемы подстанции

3.2 Выбор схемы электрических соединений РУ ВН 25

3.3 Выбор схемы электрических соединений РУ СН 27

3.4 Выбор схемы электрических соединений РУ НН 28



4 Выбор основного оборудования



4.1 Расчёт токов короткого замыкания 30

4.2 Выбор выключателей и разъединителей на стороне ВН 31

4.3 Выбор выключателей и разъединителей на стороне СН 34

4.4 Выбор выключателей и разъединителей на стороне НН.



5 Выбор трансформаторов тока и напряжения, измерительных приборов, приборов учёта и контроля электроэнергии





5.1Выбор средств контроля и измерений РУ ВН, РУ СН, РУ НН 36

5.2 Выбор трансформаторов тока 38

5.2.1 Выбор трансформаторов тока на стороне 500 кВ 39

5.2.2 Выбор трансформаторов тока на стороне 220 кВ 42

5.2.3 Выбор трансформаторов тока на стороне 35 кВ

5.3 Выбор трансформаторов напряжения 44

5.3.1 Выбор трансформаторов напряжения на стороне 500 кВ 45

5.3.2 Выбор трансформаторов напряжения на стороне 220 кВ 48

5.3.3 Выбор трансформаторов напряжения на стороне 35 кВ



6 Выбор схемы питания собственных нужд



6.1 Выбор трансформатора собственных нужд 50

6.2 Выбор аккумуляторной батареи 51



7 Выбор токоведущих частей, ОПН и высокочастотных загради-телей

7.1 Выбор токоведущих частей РУ 500, 220 кВ

7.1.1 Выбор ТВЧ 500 кВ 54

7.1.2 Выбор ТВЧ 220 кВ 56

7.2 Выбор ОПН и высокочастотных заградителей 500, 220 кВ 57



8 Выбор элементной базы и фирмы производителя

58



9 Релейная защита и автоматика трансформатора собственных нужд

9.1 Обоснование выбора типов защит и автоматики 63

9.2 Техническое описание БМРЗ-ТР 65

9.2.1 Схема подключения 67

9.2.2 Трехступенчатая максимальная токовая защита

9.2.3 Защита от обрыва фазы питающего фидера 68

9.2.4 Функции сигнализации

9.2.5 Газовая защита 69

9.2.6 Вспомогательные функции

9.3 Расчёт уставок

9.3.1 Токовая отсечка 70

9.3.2 МТЗ с пуском по напряжению 71

9.3.3 Защита от перегруза

9.3.4 Газовая защита 72



10 Защита и автоматика группы автотрансформаторов 3хАОДЦТН-167000/500/220

10.1 Обоснование выбора типов защит и автоматики 74

10.2 Техническое описание 78

10.2.1 Дифференциальная защита трансформатора 80

10.2.2 Максимальная токовая защита НН автотрансформатора

10.2.3 Защита от перегрузки

10.2.4 Токовая защита нулевой последовательности 84

10.2.5 Устройство резервирования отказа выключателя

10.2.6 Газовая защита 85

10.2.7 Струйная защита отсека РПН

10.3 Расчет уставок

10.3.1 ДЗТ 86

10.3.2 Дистанционная защита 89

10.3.3 МТЗ НН автотрансформатора 90

10.3.4 Защита от перегруза

10.3.5 Токовая защита нулевой последовательности СН 91

10.3.6 УРОВ

10.3.7 Мгновенная токовая отсечка от замыканий на землю

10.3.8 ТЗНП

10.3.9 Защита от многофазных замыканий 92

10.3.10 Защита от перегруза



11 Релейная защита сборных шин 220 кВ



11.1 Обоснование выбора типов защит и автоматики 93

11.2 Техническое описание 94

11.2.1 Основные принципы выполнения защиты 95

11.2.2 Опробование 96

11.2.3 Схема подключения 97

11.3 Расчёт уставок

11.3.1 Дифференциальная защита шин 98



12 Релейная защита и автоматика обходного выключателя

12.1 Обоснование выбора типов защит и автоматики

12.2 Техническое описание 99

12.2.1 Схема подключения

12.3 Расчёт уставок 101



13 Релейная защита и автоматика шиносоединительного выклю-чателя

13.1 Обоснование выбора типов защит и автоматики

13.2 Техническое описание 102

13.2.1 МТЗ от многофазных КЗ 103

13.2.2 Токовая ненаправленная защита нулевой последователь-ности 104

13.2.3 Схема подключения

13.3 Расчёт уставок

13.3.1 Максимальная токовая защита от многофазных КЗ 105

13.3.2 Токовая защита нулевой последовательности 106

13.3.3 Автоматическое повторное включение 107

13.3.4 Устройство резервирования отказов выключателя



14 Релейная защита и автоматика воздушных линий 220 кВ

14.1 Обоснование выбора типа защит и автоматики 108

14. 2 Техническое описание 111

14.2.1 Дифференциально-фазная защита 112

14.2.2 Дистанционная защита

14.2.3 Реле сопротивления ДЗ 114

14.2.4 Блокировка при качаниях 115

14.2.5 Токовая направленная защита нулевой последовательно-сти

14.2.6 Реле тока нулевой последовательности 116

14.2.7 Реле направления мощности нулевой последовательности

14.2.8 Токовая отсечка 117

14.2.9 Реле максимального тока 118

14.2.10 Схема подключения 119

14.3 Расчет уставок ВЛ 220 кВ «Пимская»

14.3.1 Дифференциально-фазная защита 120

14.3.2 Устройство резервирования отказов выключателя 123

14.3.3 Дистанционная защита 124

14.3.4 Токовая отсечка

14.3.5 Токовая защита нулевой последовательности 127

14.3.6 Автоматическое повторное включение 133

14.3.7 Устройство резервирования отказов выключателя



15 Релейная защита шин 500 кВ

15.1 Обоснование выбора типа защит и автоматики 134

15.2 Техническое описание 135



16 Релейная защита и автоматика воздушных линий 500 кВ



16.1 Обоснование выбора типа защит и автоматики 136

16.2 Техническое описание 139

16.3 Расчёт уставок ВЛ 500 кВ «СГРЭС-1»

16.3.1 Токовая отсечка

16.3.2 Дистанционная защита 141

16.3.3 Дифференциально-фазная защита 144

16.3.4 Автоматическое повторное включение 146

16.3.5 Устройство резервирования отказов выключателя 147



17 Специальный вопрос: регистраторы аварийных режимов



17.1 Регистрация аварийных процессов 148

17.2 Регистратор событий терминала БЭ2704 149

17.3 Система мониторинга EKRASMS 151

17.3.1 Внешняя база данных событий 153

17.3.2 Программа анализа уставок

17.4 Программа WNDR32 154

17.4.1 Назначение и возможности 155

17.4.2 Возможности программы по анализу аварийных процессов 156

17.4.2.2 Создание новых расчетных графиков

17.4.2.3. Инвертирование сигнала

17.4.2.4. Частота сети 157

17.4.2.5 Синхронизация осциллограмм

17.4.2.6 Формулы комплексных сопротивлений Z

17.4.2.7 Экспорт в формат Comtrade

17.4.2.8 Печать 158



18 Экономическая часть



18.1 Капитальные затраты на сооружение подстанции «Сомки-но»

160

18.2 Определение объема эксплуатационных работ и текущего ремонта по подстанции

163

18.3 Расчет фонда заработной платы 165

18.4 Определение дохода и расчет срока окупаемости подстан-ции

166

18.5 Сводные технико-экономические и плановые показатели ПС «Сомкино»

168



19 Безопасность жизнедеятельности

19.1 Территория, компоновка и конструктивная часть подстан-ции

19.1.1 Ограждение территории подстанции

19.1.2 Основные габариты и разрывы, обеспечивающие безопас-ность работ и осмотра оборудования на ОРУ

169

19.1.3 Основные требования к установке трансформаторов 173

19.1.4 Проезд на ОРУ передвижных монтажно-ремонтных меха-низмов, приспособлений и передвижных лабораторий

175

19.1.5 Правила окраски токоведущих частей 177

19.1.6 Требования к устройству дверей и замков

19.2 Электробезопасность

19.2.1 Расчёт защитного заземления 178

19.2.2 Контроль изоляции 184

19.3 Вентиляция и освещение

19.3.1 Расчёт вентиляции помещения аккумуляторных батарей

19.3.2 Расчёт освещения ОРУ 185

19.4 Пожарная безопасность 187

19.3.1 Молниезащита подстанции 188



Заключение

191

Список литературы 192

1. Электротехнический справочник: т.3 Производство, передача и распределение электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. 8-е изд., испр. И доп. М.: Издательство МЭИ, 2002. 964 с.

2. Правила устройства электроустановок. СПб.:Издательство ДЕАН, 2001928с.

3. Рожкова Л.Д., Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов, 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1987. 648с.: ил.

4. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1989. 608с.: л.

5. Выбор электрической аппаратуры, токоведущих частей и изоляторов. Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию Р.В.Гайсаров, И.Т. Лисовская.

6. Рекомендации по технологическому проектированию подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ, - приказ Министерства Энергетики РФ от 30 июня 2003г.

7. Справочник по проектированию электрических сетей / Под редакцией Д.Л. Файбисовича. Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. 320с. ил.

8. Управление организацией: Учебник/ Под ред. А. Г. Поршнева, З.П. Румянцевой, Н. А. Саломатина. 2-е изд., перераб. И доп. М.: ИНФРА-М, 2001. 669с.

9. СНиП.23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования.

10. ГОСТ 12.1.038-82 ССБТ И 1.04.88. Электробезопасность. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновения и токов.

11. НПБ 105-95. Нормы пожарной безопасности.



12. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. РД 34.21.122 87 / Минэнерго СССР. М.: Энергоатомиздат, 1989. 56 с. ил.

13. Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. Пособие для вузов. 2-е изд., перераб. И доп. м. Энергоатомиздат. 1984. 448 с. ил.

14. Руководство по эксплуатации шкафа защиты автотрансформатора типа ШЭ2710 542543

15. Руководство по эксплуатации шкафа дифференциальной защиты шин типа ШЭ2607 062

16. Руководство по эксплуатации шкафа автоматики управления обходным выключателем и защит присоединения типа ШЭ2607 013.

17. Руководство по эксплуатации шкафа автоматики управления и резервных защит секционного (шиносоединительного) выключателя типа ШЭ2607 015.

18. Руководство по эксплуатации шкафа дифференциально-фазной защиты линии напряжением 110-220 кВ типа ШЭ2607 081

19. Релейная защита: конспект лекций

20. Руководство по эксплуатации шкафа защиты сборных шин напряжением 330-750 кВ типа ШЭ2607 561

21. Руководство по эксплуатации шкафа дифференциально-фазной защиты линий напряжением 330-750 кВ типа ШЭ2710 581

22. Руководство по эксплуатации шкафа резервной защиты и однофазного автоматического повторного включения линии типа ШЭ 2710 521

23. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1991. 496с.

24. Чернобровов Н.В. Релейная защита. М.: Энергия, 1974. 680с.

25. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. 3-е изд., перераб.и доп. Л.: Энероатомиздат. Ленингр. Отд-ние, 1985. 296с.,ил.

26. Стандарт предприятия. Курсовые и дипломные проекты. Общие требования к оформлению. Челябинск: ЧГТУ, 1996.