Сравнение отечественных и передовых зарубежных технологий и решений

    АННОТАЦИЯ
   
  Дырдо О.Г. Разработка автоматизированной системы диспетчерского управления подстанцией ЗМЗ-4. - Златоуст: ЮУрГУ Филиал в г.Златоусте, кафедра «ЭАПП», 80с. 15илл. Библиографический список 26 наименований. 9 листов чертежей ф.А1.
   
   В настоящем дипломном проекте произведена разработка автоматизированной системы диспетчерского управления подстанцией ЗМЗ-4. Выбраны типы и виды защит для оборудования подстанции. Выполнен расчет релейной защиты трансформатора. 
   Разработана структурная схема АСДУ ПС ЗМЗ-4. Выбрано современное микропроцессорное оборудование для организации автоматизированной системы диспетчерского управления. Рассмотрено функционирование основной схемы подстанции ЗМЗ-4.
  Выполнены технико-экономические расчеты. Произведен расчет сметной стоимости внедрения системы на предприятии. Проведен сравнительный анализ годового экономического эффекта от внедрения АСДУ за счет сокращения персонала, экономии энергоресурсов, улучшения качества электроэнергии и расчитан срок окупаемости проекта.
    В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрены вопросы оранизации рабочего места оператора и произведен расчет искусственного освещения. Отдельно рассмотрены вопросы экологической безопасности и обеспечения безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций.













   ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	         7
1	СРАВНЕНИЕ   ОТЕЧЕСТВЕННЫХ   И   ПЕРЕДОВЫХ   ЗАРУБЕЖНЫХ 
ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ                                                                            8
 Краткий анализ подстанции                                                                           8
1.2 Автоматизированная  система  диспетчерского  и  технологического
управления                                                                                                      9
     1.3  Сравнение  отечественных и зарубежных SCADA систем                      10
  2    ВЫБОР РЕЛЕЙНОЙ  ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ                                      15
     2.1 Назначение релейной защиты и автоматики                                              15
     2.2 Выбор объектов защит и их типов                                                              16
  3    РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ  ЗАЩИТЫ                                                                     20
3.1 Расчёт параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора ТДТН – 75000/110/38,5/6,6 -У-1 на реле типа ДЗТ–21  20
3.2 Расчёт параметров срабатывания защиты от многофазных коротких 
замыканий на стороне НН, СН, ВН выполненной в виде максималь-
ной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению        28
3.3 Расчёт  параметров  срабатывания  максимальной   токовой   защиты
трансформатора с выдержкой времени от перегрузки                             31
3.4 Защита  от  замыкания  на  землю  со  стороны  низшего напряжения 
трансформатора                                                                                            33
3.5 Газовая защита                                                                                              33
  4    РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 
ПОДСТАНЦИИ ЗМЗ-4                                                                                      34
4.1 Структурная  схема  автоматизированной  системы  диспетчерского
управления                                                                                                    34
4.2 Архитектура автоматизированной системы диспетчерского управле-
      ния                                                                                                                  36
4.3 Технические характеристики оборудования                                              38
  5    ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ   АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ   СИСТЕМЫ 
        ДИСПЕТЧЕРСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ ЗМЗ-4                    47
     5.1 Функционирование основной схемы подстанции ЗМЗ-4                         
     5.2 Средства  взаимодействия  с  подсистемой  регистрации  аварийных 
            событий                                                                                                         49
  6    РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ                       53
     6.1 Основные показатели экономической эффективности                             53
     6.2  Расчёт годовой экономии от внедрения автоматизированной систе-
         мы диспетчерского управления                                                                 57
     6.3 Расчёт годового экономического эффекта                                                 60
7	БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ  	       61
	7.1	Анализ вредных и опасных производственных факторов 	       61
7.2 Выбор нормативных значений факторов рабочей среды и трудового процесса                                                                                                         62
	7.3	Охрана труда	       65
	7.4	Производственная санитария	       66
	7.5	Эргономика и производственная эстетика	       69
	7.6	Противопожарная и взрывобезопасность	       74
	7.7	Экологическая безопасность	       74
7.8  Гражданская оборона                                                                                  75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	       78
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК	       79

   ВВЕДЕНИЕ
   
  ЗАО «Электросеть» в г. Златоусте  является электросетевой компанией, осуществляющей преобразование электрической энергии по распределительным сетям района металлургического завода. Основной задачей ЗАО «Электросеть» является надежная и бесперебойная поставка электроэнергии потребителям в соответствии с требованиями (ГОСТ 13109- 970).
  Головная подстанция ПС ЗМЗ - 4 110/35/6 кВ мощностью 115МВА  расположена на территории металлургического завода, введена в эксплуатацию в1958г. Первичное напряжение по двум центральным линиям ЗМЗ-23 и ЗМЗ-25 подается с подстанции 500 кВ, расположенной на проспекте Гагарина.  ПС ЗМЗ-4 обеспечивает электроснабжением  70%  энергохозяйства металлургического завода, отдельные предприятия и несколько жилых районов города, включая потребителей I и II категории.
  На подстанции релейная защита реализована на морально и физически устаревшей релейно-контакторной элементной базе. Эксплуатация морально устаревших комплексов релейной защиты может привести к ложным срабатываниям защит или даже их отказу, что в свою очередь приведёт к развитию опасных аварийных ситуаций и снижению надёжности функционирования подстанции в целом.  Из-за различных аварий и ремонтов ущерб нанесенный электросетевой компании в 2011г. составил около 40 мл. руб. 
   Всё это предопределяет актуальность темы на сегодняшний день по реконструкции комплексов релейной защиты с целью повышения надёжности функционирования и возможности передачи информации с низкого на более высокий уровень иерархии автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ). АСДУ включают устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики, регистраторы аварийных процессов, устройства телемеханики и мониторинга силовых трансформаторов. Кроме автоматической защиты система АСДУ позволяет организовать учет электроэнергии, сбор и передачу данных о состоянии оборудования, автоматическое ведение суточной ведомости и ведомости событий [1].
  Целью дипломного проекта является повышение эффективности  работы оборудования и электроснабжения потребителей подстанции ЗМЗ – 4.
  В рамках поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
  - расчет режимов, выбор вида и типа защит элементов системы электроснабжения ПС;
  - разработка  структурной схемы автоматизации подстанции ЗМЗ-4;
  - выбор оборудования для организации АСДУ ПС ЗМЗ-4;
  - разработка функциональной и принципиальной схем подстанции;
  - оценка технико-экономических показателей проекта.
  Объектом дипломного проекта является электрооборудование ПС ЗМЗ-4.
  Предметом дипломного проекта является АСДУ ПС ЗМЗ-4.
1 СРАВНЕНИЕ ОТЕЧЕСТВЕННЫХ И ПЕРЕДОВЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ         ТЕХНОЛОГИЙ И РЕШЕНИЙ
   
1.1   Краткий анализ подстанции.

  Подстанция ПС ЗМЗ - 4 110/35/6 кВ мощностью 115МВА  расположена на территории металлургического завода, введена в эксплуатацию в1958г. Потребителями ПС являются: ЭСПЦ-2,3, турбокомпрессорные (ТКС), насосные (ВНС), тяговая подстанция (ТП), ПС ЗМЗ-1,2 – прокатка, капроновый цех, два ввода на Северо-Запад, завод металлоконструкции, абразивный завод. Большая часть заводской нагрузки, 70%, питается от ЗМЗ-4. 
  Основные показатели ПС ЗМЗ – 4 110/35/6 кВ, питается от двух воздушных линий (ВЛ) 110 кВ с проводами марки АСУ – 300, отходящих от подстанции 500. Со стороны высокого напряжения установлены выключатели типа ВМТ-110/1250 кВ, с которых питание приходит на одну рабочую, секционированную выключателем, оснащенным АВР, систему шин с двумя отходящими линиями, питающими два трёхобмоточных трансформатора типа ТДТНГ- 75МВА 110/35/6кВ и ТДТНМ – 40МВА. На силовых трансформаторах предусмотрено пять защит: максимальная токовая  (МТЗ), дифференциальная, газовая, защита от перегрузки и охлаждение трансформатора.
  С обмоток среднего напряжения трансформаторов по  ВЛ, через выключатели типа ВМК-35/1000кВ, питание поступает на шины ЗРУ 35 кВ оснащенные межсекционным выключателем. С обмоток низкого напряжения трансформаторов по шинному мосту, через выключатель типа МГ – 10/5000, питание поступает в ГРУ 6 кВ, которое состоит из системы шин. Все потребители подстанции запитаны по кабельным линиям с ГРУ 6 кВ. 
  На подстанции ЗМЗ - 4  имеется постоянный дежурный персонал, который следит за состоянием оборудования, положением коммутационной аппаратуры и показаниями приборов. На территории подстанции размещены устройства релейной защиты и автоматики, а также источник оперативного тока, в качестве которого выступают аккумуляторные батареи.
  
  Таблица 1 -  Отходящие высоковольтные линии подстанции ЗМЗ-4
  
Наименование линии
Напряжение, кВ
Количество цепей
 пс ЗМЗ – 4 – потребители 35кВ
35
2
 пс ЗМЗ – 4 – потребители 6кВ
6
24
  
  На отходящих линиях предусмотрены следующие виды защит: МТЗ, токовая отсечка и земляная защита.
   
1.2 Автоматизированная система диспетчерского и технологического     управления 
   
  Автоматизированная система диспетчерского управления технологическими процессами подстанции - система, включающая как программно-технический комплекс (ПТК), решающий различные задачи сбора, обработки, анализа, визуализации, хранения и передачи технологической информации и автоматизированного управления оборудованием трансформаторной подстанции, так и соответствующие действия персонала по контролю и оперативному управлению технологическими процессами подстанции, выполняемые во взаимодействии с ПТК. 
  На рисунке 1 представлена структурная схема АСДУ.
  

  Рисунок 1 - Структурная схема АСДУ
  
  В  состав структурной схемы АСДУ входит:
   - автоматизированное рабочее место АРМ диспетчера, с помощью средств телемеханики диспетчер получает информацию о параметрах режима электропотребления и положения коммутационных аппаратов на подстанции,  осуществляет передачу управляющих команд на объекты.
  - центральное диспетчерское управление ЦДУ непосредственно руководит работой диспетчерских управлений нескольких подстанций;
   - программируемый контроллер, осуществляет сбор обработку информации, выдачу управляющих воздействий и отображение информации, блокирует коммутационные аппараты;  
   - релейная защита (РЗА) — защита всех элементов подстанции, диагностирование и проверка защиты и автоматики, адаптация, анализ действия релейной защиты по сигнализации, резервирование отказа выключателей. Устройства РЗА должны выполнять функции защиты оборудования и линий, а также измерять при помощи датчиков и передавать в SCADA систему текущие основные значения.
  - SCADA система выполняет функции визуализации, обработки информации в реальном времени, архивирования данных, выдачи  и регистрации аварийных и событийных сообщений, составления и  выдачи отчетов.
  При разработке структурной схемы АСДУ предъявляются следующие требования [2]:
  - надёжность – свойство системы, обусловленное её безотказностью, долговечностью и ремонтопригодностью, обеспечивающих нормальное выполнение заданных функций системы;
  - безотказность – свойство системы непрерывно сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации;
  - долговечность - свойство системы длительно, с возможными перерывами на ремонт, сохранять работоспособность в определённых режимах и условиях эксплуатации до разрушения или другого критического состояния;
  - ремонтопригодность – свойство системы, выражающееся в приспособлении к восстановлению неисправностей путём предупреждения, либо обнаружения и устранения.
  Кроме этих требований система АСДУ должна быть по возможности простой и экономичной, что обуславливает экономию денежных средств, как при её внедрении, так и при дальнейшей эксплуатации. Она должна иметь возможность поэтапного развития с ростом требований потребителей электроэнергии.
  
  1.3  Сравнение  отечественных и зарубежных SCADA систем

  На российском рынке на сегодняшний день существует множество производителей выпускающих все необходимое оборудование (устройства релейной защиты, телемеханики, контроллеры, передающие устройства и т.п.) и программное обеспечение для организации АСДУ. 
  Необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления становится работа с информацией, т. е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения и представления информации. Применение SCADA  (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) - технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении данных задач.
  SCADA – системы предоставляют полноту и наглядность представляемой на экране информации, доступность "рычагов" управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т. д. - повышают эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении.
  В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами. Программные продукты класса SCADA широко представлены на мировом рынке. Наиболее популярные из них приведены ниже [3]:
- InTouch (Wonderware) - США;
- Citect (CI Technology) - Австралия;
- FIX (Intellution ) - США;
- Genesis (Iconics Co) - США;
- Trace Mode (AdAstrA) - Россия;
  Scada-система Intouch компании Wonderware - мощный человеко-машинный интерфейс (HMI) для промышленной автоматизации, управления технологическими процессами и диспетчерского контроля. В России SCADA активно применяется для создания DCS (распределенных систем управления) и других АСУ. Это девятое поколение лидирующего в промышленности программного обеспечения типа HMI от компании Wonderware.
  Scada-система Citect компании CI Technology можем применяться как для небольших систем с десятками или сотнями параметров, так и для крупных проектов с сотнями тысяч параметров. Эта масштабируемость определяется модульной клиент-серверной архитектурой, в которой каждый функциональный модуль SCADA-системы Citect может исполняться на отдельном компьютере и даже быть распределен на несколько компьютеров для увеличения общей производительности. 
  Scada-система IFIX компании Intellution включает организацию получения данных от контроллеров. Широкий выбор протоколов обмена данными с различными контроллерами и допустимость одновременной работы нескольких различных протоколов - эти возможности программного обеспечения  фирмы Intellution использовались во время построения системы на Рублевской и Восточной водопроводных станциях. 
  Scada-система Genesis32 компании Iconics Co предназначена, для создания программного обеспечения сбора данных и оперативного диспетчерского управления верхнего уровня систем промышленной автоматизации. В состав GENESIS32 так же входит среда разработки и исполнения сценарных процедур VBA.
  Scada-система Trace Mode компании AdAstrA основана на инновационных, не имеющих аналогов технологиях. Среди них: разработка распределенной АСУТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, уникальная технология playback - графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей. Trace Mode - это первая интегрированная SCADA- и softlogic-система, поддерживающая сквозное программирование операторских станций и контроллеров при помощи единого инструмента.
  При таком многообразии SCADA - систем на российском рынке естественно возникает вопрос о выборе. Вначале необходимо определиться, какие свойства SCADA-системы важны для диспетчера.  
  Практика показывает, что в большинстве случаев инженеры называют следующие свойства SCADA: надежность; драйверы  устройства связи с объектом (УСО) и контроллеров  – поддержка конкретного оборудования, которое предполагается использовать; Softlogic – система программирования контроллеров, позволяет отлаживать программу контроллера, даже не имея реального устройства; отладочные средства; производительность в реальном времени; графические возможности; встроенные библиотеки; современные технологии (WEB, GSM); построение распределенных систем – клиент-серверная архитектура, поддержка стандартных протоколов связи и различных типов подключения, простота и прозрачность настройки обмена информацией между отдельными узлами системы автоматизации; генерация отчетов; русификация; документация – должна быть полной и хорошо структурированной; техническая поддержка; простота освоения.
  Оценивается каждая из рассматриваемых SCADA-систем по этим критериям по десятибалльной системе (1 – очень плохо, 10 – отлично). Результаты заносятся в таблицу.
  
  Таблица 2 - Оценка производительности SCADA-систем
  
   Критерии
Genesis
IFIX
InTouch
Citect
TRACE MODE
Надежность
6,5
7,5
6
7,5
7,5
Драйверы УСО
1
5,5
5
5
6
Softlogic
1
1
1
1
8
Поддержка OPC
10
8
4
8
7
Отладочные средства
8,5
8
6
9
8
Производительность в реальном времени
6,5
7,5
6
6
8
Горячее резервирование
5
8,5
2,5
9
6,5
Графические возможности
7,5
8
6,5
7,5
8
Встроенные библиотеки
8
8
8
7
8
Современные технологии (WEB, GSM)
6,5
4
2,5
7
7
Построение распределенных систем
6,5
7,5
7
9
9
Генерация отчетов
7,5
7
7
8
7
Русификация
7
8,5
7
4,5
10
Документация
6
8
6,5
5
6,5
Техническая поддержка
6
8
7
6,5
7,5
Простота освоения
7
8
8,5
7,5
7
   ИТОГО:
100,5
113
90,5
107,5
121
  
  Получили оценку SCADA в баллах исходя из предположения о равном влиянии каждого критерия на итоговую оценку продукта. Однако в действительности это не так – некоторые вышеперечисленные свойства имеют большее значение, а некоторые – меньшее. Поэтому далее оцениваем важности каждого из вышеназванных критериев для конкретного проекта. 
  Оценивается также по десятибалльной шкале значимость каждого оценочного критерия (1 – не влияет на выбор, 10 – очень сильно влияет на выбор). Далее баллы каждого критерия следует умножить на соответствующие весовые коэффициенты.
  
  Таблица 3 -  Взвешенная оценка производительности SCADA-систем
  
Критерии
Балл
Genesis
IFIX
InTouch
Citect
TRACE MODE
Надежность
10,0
65
75
60
75
75
Драйверы УСО
6,0
6
33
30
30
36
Softlogic
5,0
5
5
5
5
40
Поддержка OPC
4,0
40
32
16
32
28
Отладочные средства
7,0
59,5
56
42
63
56
Производительность в реальном времени
7,0
45,5
52,5
42
42
45,5
Горячее резервирование
5,0
25
42,5
12,5
45
45
Графические возможности
8,0
60
64
52
60
64
Встроенные библиотеки
6,5
52
52
52
45,5
52
Современные технологии (WEB, GSM)
4,5
29,25
18
11,25
31,5
31,5
Построение распределенных систем
6,0
39
45
42
54
54
Генерация отчетов
6,5
48,75
45,5
45,5
52
45,5
Русификация
4,0
28
35
28
18
40
Документация
6,5
39
52
42,25
32,5
42,25
Техническая поддержка
8,0
48
64
59
52
60
Простота освоения
5,5
38,5
44
46,75
41,25
38,5
ИТОГО:

628,5
714,5
583,25
678,75
753,25
  
  Далее создадим график "цена/качество", где по оси Х отложены стоимостные значения, а по оси Y – взвешенные оценки производительности.
  В верхней части графика расположены наиболее функциональные и надежные SCADA системы, а в нижней – самые маломощные; в правой части – самые дорогие, а в левой – самые дешевые. Соответственно, левая верхняя часть графика содержит наиболее привлекательные для потребителя SCADA, а правый нижний – системам с наихудшим соотношением "цена/качество". Наклонная пунктирная линия является линией среднего товара – системы, находящиеся на ней, обладают средним соотношением "цена/качество". 
  
  
     
     Рисунок 2 - Оценка SCADA по критерию " цена/качество ".
     
  Вывод:  Таким образом, наиболее предпочтительным является выбор Scada-системы Trace Mode  российского производства максимально удаленной от линии среднего товара в лучшем сегменте. Эти системы находятся на высоком уровне и отвечают мировым требованиям,  работают в энергетике, металлургии, нефтяной, газовой, химической и других отраслях промышленности и в коммунальном хозяйстве России. По числу внедрений в России Trace Mode значительно опережает зарубежные пакеты подобного класса. Оборудование российского производства компании AdAstrA выполняет все основные функции, обеспечивает гарантийное и послегарантийное обслуживание, проводит техническую подготовку и обучение специалистов заказчика особенностям эксплуатации предлагаемого оборудования. 
  


  2 ВЫБОР РЕЛЕЙНОЙ  ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ
   
   2.1 Назначение релейной защиты и автоматики
   
  Релейная защита и автоматика – это комплекс автоматических устройств, состоящих из устройств автоматического управления и устройств автоматического регулирования [4].
  При проектировании и эксплуатации любой электроэнергетической системы [5] приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы.
  Наиболее опасные и частые повреждения – короткие замыкания между фазами электрической установки и короткие замыкания фаз на землю в сетях с глухозаземлёнными нейтралями. Возможны и более сложные повреждения, сопровождающиеся короткими замыканиями и обрывом фаз. В электрических машинах и трансформаторах наряду с указанными повреждениями возникают замыкания между витками одной фазы. Вследствие короткого замыкания нарушается нормальная работа системы электроснабжения и режимы работы потребителей. Опасность представляет также термическое и динамическое действие тока КЗ как непосредственно в месте повреждения, так и при прохождении его по неповреждённому оборудованию.
  Для предотвращения развития аварии и уменьшения размеров повреждения при КЗ необходимо быстро выявить и отключить повреждённый элемент системы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды. Очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Определяют повреждённый элемент и воздействуют на отключение соответствующих выключателей устройства релейной защиты с действием на отключение. Основным элементом релейной защиты является специальный аппарат – реле. 
   Однофазные замыкания на землю в сетях с изолированными или заземлёнными через дугогасящие реакторы нейтралями не сопровождаются возникновением больших токов. Междуфазные напряжения не изменяются, и работа системы электроснабжения не нарушается. Необходимости в быстром отключении повреждённого участка нет, поэтому устройства релейной защиты от замыкания на землю обычно действуют на сигнал, привлекая внимание персонала.
  Иногда при эксплуатации оборудования  возникают ненормальные режимы, вызванные перегрузкой или внешними короткими замыканиями, возникающими в отдельных элементах. При этом по неповреждённому оборудованию проходят значительные токи (сверхтоки), которые приводят к преждевременному старению изоляции, износу оборудования. Сверхтоки, вызванные внешними короткими замыканиями, устраняются после отключения повреждённого элемента собственной защитой. От сверхтоков перегрузки на соответствующем оборудовании должна предусматриваться защита, действующая на сигнал. При этом оперативный персонал принимает меры к разгрузке оборудования или к его отключению. При отсутствии постоянного дежурного персонала защита должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение.
   Бесперебойная работа электроэнергетических систем обеспечивается применением ряда автоматических устройств: автоматического повторного включения (АПВ) линий, шин; автоматического ввода резерва (АВР), автоматической частотной разгрузки (АЧР) и других. Работа многих из этих устройств тесно связана с работой релейной защиты; все они входят в кибернетическую систему управления при нарушениях нормальных режимов работы.
  
  2.2 Выбор объектов защит и их типов
  
  К основным элементам подстанции относятся: отходящие линии, силовые трехобмоточные трансформаторы, двухобмоточные трансформаторы (трансформаторы собственных нужд), шины. Релейная защита и автоматика служат для устранения всевозможных повреждений и ненормальных режимов работы этих элементов.
  Так основными видами повреждений трансформаторов, которые учитываются при выполнении их релейной защитой, являются однофазные и многофазные короткие замыкания в обмотках и на выводах, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Основными ненормальными режимами работы являются внешние короткие замыкания, перегрузки, недопустимое понижение уровня масла (при заполнении бака маслом) и недопустимые повышения напряжения, например на неповреждённых фазах  незаземлённых нейтралях обмоток. При возникновении наиболее опасных повреждений (многофазные и витковые короткие замыкания, а также однофазные замыкания со стороны сетей с глухозаземлённой нейтралью) защита должна без выдержки времени действовать на отключение выключателей трансформатора. 
  Основными видами повреждений линий электропередач являются: трёхфазные замыкания (замыкания между тремя фазами и трёхфазные замыкания на землю), двухфазные замыкания (замыкания между двумя фазами и двухфазные замыкания на землю), однофазные замыкания на землю, обрыв фазы.
  2.2.1 Защита силовых трёхобмоточных трансформаторов
  Согласно ПУЭ [6] для трансформаторов рекомендуется устанавливать следующие виды защит:
  Газовая защита от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа и от понижения уровня масла. Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.
  Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений:
    Продольная дифференциальная токовая защита без выдержки времени;
    Токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита.
  Указанные защиты должны действовать на отключение всех выключателей трансформатора.
  На трёхобмоточных трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой приняты следующие защиты:
  На стороне 110 кВ:
 дифференциальная токовая защита на реле ДЗТ – 21;
 газовая защита;
    максимальная токовая защита от сверхтоков с пуском по напряжению от трансформаторов напряжения, установленных на выводах 35 кВ;
 защита от перегрузки на стороне 110 кВ.
  На стороне 35 кВ:
    максимальная токовая защита от сверхтоков с пуском по напряжению от трансформаторов напряжения 35 кВ;
 защита от перегрузки на стороне 35 кВ.
  На стороне 6 кВ:
 максимальная токовая защита от сверхтоков с пуском по напряжению;
 защита от перегрузки на стороне 6 кВ;
    защита нулевой последовательности от внешних замыканий на землю, действующая на сигнал.
  2.2.2 Защита отходящих линий
  Защита линий электропередач согласно ПУЭ должны быть оборудованы устройствами, блокирующими их действие при качаниях, если в сети возможны качания или асинхронный ход, при которых вероятны излишние срабатывания защит.
  При разработке схемы релейной защиты рекомендуется широко использовать комплекты защит, выпускаемые промышленностью. Комплект защиты представляет собой устройство, в котором установлены реле, необходимые для осуществления той или иной схемы защиты, смонтированные в одном корпусе, что сокращает место на панели защиты и упрощает монтаж.
  Для защиты линий 35 и 6 кВ устанавливаем максимальную токовую отсечку (МТО) – первая ступень защиты (как правило, без выдержки времени) и максимальную токовую защиту (МТЗ) с выдержкой времени второй ступени. Кроме этого, устанавливаем защиты от замыкания на землю, действующие на сигнал.
  2.2.3 Устройства автоматики
  Управление электроэнергетической системой (ЭЭС) в нормальном и аварийном режимах осуществляется диспетчерским персоналом и различными автоматическими устройствами.
  Все автоматические устройства управления, применяемые в ЭЭС, можно разделить на две группы: 1 – автоматические устройства управления нормальными режимами; 2 – автоматические устройства управления аварийными режимами (устройства противоаварийного автоматического управления ПАУ).
  Восстановление нормального режима работы выполняют следующие устройства: автоматического повторного включения (АПВ) линий, трансформаторов, шин подстанций и станций, отключённых действием устройств РЗ и АЧР; автоматического включения резерва (АВР), восстанавливающие электроснабжение потребителей, потерявших питание в результате отключения источника питания и другие.
  В соответствии с ПУЭ на выключателях всех воздушных и кабельно-воздушных линиях электропередачи предусматриваются устройства АПВ. На одиночных линиях с односторонним питанием применяют трёхфазное АПВ с пуском от несоответствия между ранее поданной оперативной командой и отключённым положением выключателя. Время действия tАПВ должно быть не меньше необходимого для подготовки привода выключателя к повторному включению, должно быть согласовано с временем работы других устройств автоматики, как то АВР и АЧР. Минимальное время срабатывания АПВ составляет примерно 0,5 – 0,7 с, а время готовности 20 – 25 с. Время срабатывания по согласованию с действиями других устройств автоматики будет равно:
     
     ,                                            (2.1)
     
где tАВР - наибольшее время действия устройств включения резерва с  учётом времени отключения и включения выключателей, с;
    ?t - ступень селективности.
  Устройства автоматического включения резерва (АВР) устанавливаются на подстанциях и силовых пунктах, для которых предусмотрено несколько источников питания, работающих раздельно в нормальном режиме. Устройства АВР осуществляют возможное быстрое автоматическое переключение на резервное питание потребителей, обесточенных в результате повреждения или самопроизвольного отключения рабочего источника электроснабжения. Действие АВР не должно приводить к перегрузки резервного источника  в последующем установившемся режиме.
  Устройства АВР должны:
    Обеспечивать возможное раннее выявление отказа рабочего источника питания;
    Действовать согласованно с другими устройствами автоматики (АПВ и АЧР) в интересах возможного полного сохранения технологического процесса;
    Не допускать включения резервного источника питания на короткое замыкание;
    Не допускать подключение потребителей к резервному источнику, напряжение на котором понижено.
  Устройства автоматической частотной разгрузки (АЧР) предусматриваются на подстанциях и распределительных пунктах для отключения части электроприёмников при возникновении в питании энергосистемы дефицита активной мощности, сопровождающегося снижением частоты, в целях сохранения генерирующих источников и возможной быстрой ликвидации аварии. В первую очередь АЧР отключает потребителей «третьей» категории по надёжности электроснабжения, но если этого недостаточно, то отключаются потребители «второй» категории, перерыв в электроснабжении которых не будет особо критическим. Так же наряду с АЧР применяются устройства частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ). ЧАПВ потребителей электроэнергии, отключаемых при АЧР целесообразно осуществлять с контролем нормального уровня напряжения на шинах, к которым подключается группа электроприёмников.
  Вывод: На подстанции ЗМЗ - 4 предусматриваются следующие устройства автоматики:
   Индивидуальное регулирование коэффициента трансформации трёхобмоточных трансформаторов под нагрузкой;
   АПВ на всех линиях 6, 35 кВ;
   АЧР и ЧАПВ на всех линиях 35кВ;
   АВР на всех секционных выключателях.
  Для защиты линий 35 и 6 кВ устанавливаем максимальную токовую отсечку, максимальную токовую защиту и защиту от замыкания на землю.
  На силовых трансформаторах предусмотрено максимальная токовая, дифференциальная, газовая защиты, защита от перегрузки и охлаждение трансформатора.


  3 РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ  ЗАЩИТЫ
  
3.1 Расчёт параметров срабатывания дифференциальной токовой защиты трансформатора ТДТН – 75000/110/38,5/6,6 -У-1 на реле типа ДЗТ – 21

  Защиты трансформаторов на современных полупроводниковых дифференциальных реле ДЗТ – 21 обладают более совершенной системой отстройки от токов небаланса и бросков тока намагничивания, и как следствие обладают в 3 – 5 раз большей чувствительностью по сравнению с защитами на электромеханических реле ДЗТ – 11. Трансформаторы имеют систему регулирования под нагрузкой (РПН) на стороне ВН 9?1,783% номинального и регулирование напряжения на стороне СН 2?2,25% номинального (при отключенном трансформаторе).
  Расчёт ведется в соответствии с методикой:
  Определение первичных токов для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующих его номинальной мощности.
  
     ,                                            (3.1)
     
где SНОМ - номинальная мощность защищаемого трансформатора,  кВА;
UНОМ - номинальное напряжение высокой, средней или низкой стороны      трансформатора, кВ.
Ток на стороне ВН:
А.

  Ток на стороне СН:
  А.
  
  Ток на стороне НН:
  А.
  
  В соответствии со схемой соединения обмоток силового трансформатора ?/?/?  выбираем схему соединения вторичных обмоток трансформаторов тока (ТА) ?/?/?.
  Расчётные коэффициенты ТА определяются по формуле:
  
                                              (3.2)
где  IНОМ - номинальный расчётный ток на сторонах защищаемого  трансформатора, А;
 IНОМТА = 5А - номинальный вторичный ток ТА;
 КСХ - коэффициент схемы соединения обмоток Ксх = 1 для ?; Ксх = ?3 для ?.
  На стороне ВН:
 
  Округляя до стандартного в большую сторону, можно взять ТА с .
  На стороне СН:
  . Принимается  .
  
  На стороне НН:
  . Принимается .
  
  Определение вторичных токов в плечах защиты:
  
     ,                                        (3.3)
  
где IНОМ.В - номинальный расчётный первичный ток на сторонах  защищаемого трансформатора, А;
КСХ - коэффициент схемы соединения обмоток ТА;
КТА - коэффициент трансформации ТА для данной стороны.
  На стороне ВН:
     А.
  На стороне СН:
  А.
  На стороне НН:
     А.
     
  Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на основной стороне определяется выражением:
  
   
  Принимаем .......................