Примеры проектирования релейной защиты электрической сети: Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по специальности ''Электроэнергетические системы и сети''

Федеральное агентство по образованию Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Примеры проектирования релейной защиты электрической сети Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по специальности 140205 «Электроэнергетические системы и сети»

Составители: В.И.Худугуев В.В. Данеев

Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006

Аннотация к методическим указаниям «Примеры проектирования релейной защиты электрической сети». В методических указаниях дан комплексный подход к выбору и расчетам типовых устройств релейной защиты и автоматики, используемых в электрических сетях энергосистем. Изложенный материал может оказать существенную помощь студентам при выполнении типовой работы по курсу «Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем» и соответствующего раздела дипломного проекта по специальности 140205 – «Электроэнергетические системы и сети».

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Релейная защита электрических сетей; Расчет токов короткого замыкания; Защита линий электропередачи; Защита линий электропередачи; Дифференциально-фазная защита; Защита от замыканий на землю.

2

1. Введение В настоящее время защита электрических сетей напряжением 6-750кВ выполняется с помощью комплексов релейной защиты линий, выполненных как на базе традиционных электромеханических устройств, так и с применением микроэлектронной базы (интегральных микросхем, микропроцессорной техники). Предлагаемые методические указания посвящены учебному проектированию релейной защиты электрической сети энергосистемы с рассмотрением вопросов выбора исходных данных и расчетных режимов для вычисления токов короткого замыкания, определением параметров отдельных последовательностей, подводимых к устройствам защиты при коротких замыканиях, расчетом уставок максимальных токовых защит, защит от замыканий на землю, дистанционных защит, поперечной дифференциальной направленной защиты параллельных линий и высокочастотной дифференциально-фазной защиты. Исходная схема сети (Рис.1.1) представляет собой однолинейную электрическую схему проектируемого района, включающую источники электрической энергии (ТЭС, ГЭС, система С), магистральные и распределительные линии электропередач с трансформацией через двухобмоточные и трехобмоточные трансформаторы и автотрансформаторы.

3

Рис.1.1 Схема электрической сети

4

Параметры генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и воздушных линий электропередач приведены в Таблице 1.1 Таблица 1.1 Генераторы №

Стан Генерато Тип ция ры

РН , U Н мВт

, кВ

11 x ϕ x2 d cos н

1

ТЭС

Г1, Г2, Г3

ТВС-30

32

10,5

0,8

2

ГЭС

Г4, Г5

СВ1250

50

13,8

0,8

5

0,125 0,153

0,2

0,24

Трансформаторы и автотрансформаторы № Назначе ние

Обозн Тип ачени е

SН ,

кВ ⋅ А

U К ,%

U Н , кВ ВН

СН

НН

U ВС U ВН U СН

1

Блок

Т1,Т2 Т3

ТДГ40500/220

40500

230

2

Понижа ющий

Т4

ТДТН25000/220

25000

230

3

Понижа ющий

Т5

ТМН6300/110

6300

115

10,5

10,5

4

Связь

Т6

ТДЦ125000/220

125000

242

13,8

11

5

Понижа ющий

Т7,Т8

АТДТН32000/220

32000

230

6

Понижа ющий

Т9

ТДН25000/110

25000

115

38,5

10,5

7

Понижа ющий

Т10

ТД-10000/35 10000

38,5

10,5

7,5

8

Понижа ющий

Т11

ТРДН32000/220

32000

230

10,510,5

ВН-12 НН-28

9

Понижа ющий

Т12

ТДН16000/220

16000

220

10,5

11

6

10,5 115

121

10,5

10,5

14 12,5

11

20

34

6,5

21

Воздушные линии со сталеалюминиевыми проводами № Обозна чение

Тип

UH кВ

Длительно допустимая , нагрузка, А

xо , Ом\км

1

W1,W2

АС-300

220

690

100

0,095

0,425

2

W3

АС-300

220

690

120

0,095

0,425

3

W4

АС-120

115

380

40

0,245

0,44

4

W5

АС-300

220

690

80

0,095

0,425

5

W6

АС-300

220

690

90

0,095

0,425

6

W7

АС-120

115

380

45

0,245

0,44

7

W8

АС-70

37

265

30

0,42

0,444

8

W9

АС-70

37

265

28

0,42

0,444

9

W10

АС-35

10,5

175

18

0,77

0,4

10

W11

АС-240

220

610

70

0,12

0,43

11

W12

АС-240

220

610

30

0,12

0,43

12

W13

АС-185

220

510

60

0,155

0,435

13

W14

АС-185

220

510

50

0,155

0,435

2. Расчет токов короткого замыкания Для расчета ТК3 используется приближенное приведение в именованных единицах, за основную ступень, где произошло КЗ, принимается ступень с U б =230кВ. Все рассматриваемые линии оборудованы стальными заземленными тросами. 2.1 Схема замещения прямой последовательности 7

Рис.2.1 Схема замещения прямой последовательности электрической сети.

(обратной)

Сопротивление генератора ТЭС (Г1,Г2,Г3)

х1 = х 2 = х 3 = х d// ⋅ u б2 / s H = = 0 ,125 ⋅ 230 2 ⋅ 0 ,8 / 32 = 165 ,3Ом Сопротивление трансформатора блока ТЭС (Т1,Т2,Т3)

х4 = х5 = х6 = U k % ⋅ U б2 /(100 ⋅ S H ) = = 14 ⋅ 2302 /(100 ⋅ 40.5) = 182.9Ом 8

Сопротивление одной цепи линии W1 – W2

х7 −8 = х9 = х0λ⋅ U б2 / U H2 = = 0.425 ⋅ 100 ⋅ 2302 / 2302 = 42.5Ом Сопротивление трансформатора Т4

U B = 0.5(U BC + U BH − U CH ) = = 0.5(12.5 + 20 − 6.5) = 13% U C = 0.5(U BC + U CH − U BH ) = = 0.5(12.5 + 6.5 − 20) ≈ 0

U H = 0.5(U BН + U CH − U BC ) = = 0.5(20 + 6.5 − 12.5) = 7% х10 = хВ = 13 ⋅ 2302 /(100 ⋅ 25) = 275.1Ом

х11 = х С ≈ 0 х12 = х Н = 7 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 25) = 148.1Ом Сопротивление линии W4

x13 = 0.44 ⋅ 40 ⋅ 230 2 / 1152 = 70.4Ом Сопротивление трансформатора Т5

x14 = 10.5 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 6.3) = 882Ом Сопротивление линии W3 x15 = 0.425 ⋅120 = 51Ом Сопротивление системы С

х 16 = 50 Ом

Сопротивление генератора ГЭС (Г4,Г5)

х17 = х18 = х d// ⋅ U б2 / S H = = 0.2 ⋅ 230 2 ⋅ 0.8 / 50 = 169 .3Ом 9

Сопротивление трансформатора связи Т6

x19 = 11 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 125) = 46.6Ом Сопротивление линии W5

x20 = 0.425 ⋅ 80 = 34Ом

Сопротивление линии W6

x21 = 0.425 ⋅ 90 = 38.3Ом

Cопротивление автотрансформатора Т7 (Т8)

U B = 0.5(11 + 34 − 21) = 12%

U С = 0.5(11 + 21 − 34) ≈ 0 U Н = 0.5(34 + 21 − 11) = 22% х22 = х24 = хВ = 12 ⋅ 2302 /(100 ⋅ 32) = 198.4Ом

хC ≈ 0

х 23 = х 25 = х H = 22 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 32) = 363.7Ом Сопротивление линии W7

x26 = 0.44 ⋅ 45 ⋅ 2302 / 1152 = 79,2 Сопротивление трансформатора Т9

x27 = 10,5 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 25) = 222,2Ом Сопротивление линии W8 2 Z 28 = [0.42 ⋅ 30 + j (0.444 ⋅ 30 )] ⋅ (230 / 37 ) = 487 + j 515Ом Cопротивление трансформатора Т10

x 29 = 7,5 ⋅ 230 2 /(100 ⋅10 ) = 396 ,8Ом Сопротивление линии W9

Z 30 = [0.42 ⋅ 28 + j (0.444 ⋅ 28)] ⋅ (230 / 37) = 455 + j 480Ом Cопротивление линии W11 2

х31 + х32 = 0.43 ⋅ 70 = 13 + 17.1 = 30.1Ом 10

Сопротивление линии W13

х33 = 0.435 ⋅ 60 = 26.1Ом

Сопротивление линии W14

х34 = 0.435 ⋅ 50 = 21,8Ом Сопротивление трансформатора Т12

x35 = 11 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 16) = 363,7Ом Сопротивление отпайки W12

х36 = 0.43 ⋅ 30 = 12,9Ом

Сопротивление трансформатора Т11 с расщепленными обмотками U H 1−H 2 28 = 12 − = 5% U B = U BH − 4 4

U H 1−H 2 28 = = 14% U H1 = U H 2 = 2 2 x 37 = x B = 5 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 32 ) = 82 .7Ом x38 = x39 = x H 1 = x H 2 = 14 ⋅ 230 2 /(100 ⋅ 32) = 231.4Ом 2.1.1 Расчет токов трехфазного КЗ для точки 2

Рис. 2.2 Преобразование схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точке 2 11

x40 = ( x1 + x 4 ) / 3 = (165.3 + 182.9) / 3 = 116.1Ом x41 = ( x17 / 2 + x19 + x20 + x21 ) x16 = = (169.3 / 2 + 46.6 + 34 + 38.3) 50 = 203.55 50 = 40.14Ом х42 = х41 + х15 = 40,14 + 51 = 91,14

х43 = х40 ⋅ х9 /( х40 + х9 + х42 ) = = 116,1⋅ 42,5 /(116,1 + 42,5 + 91,14) = 19,76Ом

x44 = x9 ⋅ x42 /( x40 + x9 + x42 ) = = 42,5 ⋅ 91,14 / 249.74 = 15.51Ом x45 = x42 ⋅ x40 /( x40 + x9 + x42 ) = = 91.14 ⋅ 116.1 / 249.74 = 42.37Ом x1 ∑ = ( x7 + x43 ) ( x8 + x44 ) + x45 = = (21.25 + 19.76) (21.25 + 15.51) + 42.37 = 61.75Ом Полный ток в месте повреждения

I K( 32) = U б /( 3 ⋅ x1 ∑ ) = 230 /( 3 ⋅ 61,75) = 2,15кА Ток в ветви 7:

I в( 73) = [( x8 + x44 ) / x7 + x43 + x8 + x44 ) ]⋅ I K( 32) =

= 36,76 ⋅ 2,15 / 77 ,77 ) = 1,02 кА Ток в ветви 8:

I в(83) = I К( 32) − I в( 73) = 2,15 − 1,02 = 1,13кА При КЗ посредине линии ток неповрежденной линии (ветвь 9)

I в(93) = ( I R( 38) − I в(73) ) / 2 = (1.13 − 1.02) / 2 = 0.055кА

12

Ток неповрежденной линии совпадает по направлению с током поврежденной ветви, имеющим большее значение ( 3) I ( в 9 проходит от подстанции Б к подстанции А).

2.2 Схема замещения нулевой последовательности В схему замещения нулевой последовательности генераторы не вносятся. Трансформаторы и автотрансформаторы вводятся в соответствии со схемой замещения прямой последовательности, При этом сопротивления обмоток, соединенных в треугольник, подключаются к земле; сопротивления обмоток, соединенных в звезду, включают последовательно в схему при заземленной нейтрали, и размыкают цепь обмотки при изолированной нейтрали. Сопротивление нулевой последовательности одноцепной линии со стальными заземленными тросами определяется в соотношении с соответствующим сопротивлением прямой последовательности x0 / x1 = 3 Для двухцепной линии со стальными заземленными тросами сопротивление нулевой последовательности каждой цепи, благодаря взаимоиндукции от проводов параллельной цепи и с учетом влияния заземленного троса, увеличивается в соотношении

x0 / x1 = 4,7 Сопротивление двухцепной линии (на цепь)

x0 дв = x0 с + x0 в где x 0 с - сопротивление

самоиндукции одиночной линии для токов нулевой последовательности; 13

x0в- сопротивление взаимоиндукции параллельных линий для токов нулевой последовательности Для двухцепной линии W1-W2:

x 0 дв = 4,7 ⋅ x9 = 4,7 ⋅ 42,5 = 199,8Ом

x0 С = 3 ⋅ x9 = 3 ⋅ 42,5 = 127,5Ом x 0 в = x 0 дв − x 0 c = 199.8 − 127.5 = 72.3Ом

x 0 с − x 0 в = 127,5 − 72,3 = 55,2Ом При КЗ в середине одной из параллельной линий

Рис 2.3 Схема замещения нулевой последовательности параллельных линий W1, W2 при КЗ в точке 2

14

Рис 2.4 Схема замещения нулевой последовательности электрической сети 2.2.1. Расчет токов двухфазного КЗ на землю при каскадном отключении повреждения у шин подстанции А 1

(точка I )

15

Рис 2.5 Исходная схема и схема замещения нулевой последовательности параллельных линий W1 , W2 при 1 каскадном отключении КЗ у шин подстанции А (точки I )

Рис 2.6 Схема замещения нулевой последовательности сети при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А 1 (точка I )

x047

x04 182.9 = = = 60.97Ом 3 3

x048 = x010 + x012 ( x013 + x014 ) = = 275,1 + 148,1 (211,2 + 882) = 405,5Ом

x x  x049 =  023 ( x026 + x027 ) + 022  ( x019 + x020 ) + x021 = 2   2 16

= [363.7 / 2 (237.6 + 222.2) + 198.4 / 2] (46.6 + 102) + 114.9 = 205.2Ом

х050 = х031 + ( х032 + х033 + х034 + х035 ) ( х036 + х037 ) = = 39 + (51,3 + 78,3 + 65,4 + 363,7) (38,7 + 198,4) = 205,5Ом

x051 = x049 x050 = 205,2 205,5 = 102,7Ом

x052 = x016 x051 = 80 102,7 = 45Ом x053 = x052 + x 015 = 45 + 153 = 198Ом

x054 = x048 x053 = 405,5 198 = 133Ом x0 ∑ = ( x047 + x07 ,8 ) ( x045 , 46 + x054 ) + x09 = = (60,97 + 55,2) (72,3 + 133) + 55,2 = = 116,17 205,3 + 55,2 = 129,4Ом

Рис 2.7 Схема замещения прямой последовательности сети при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А (точка I1)

x1 ∑ = ( x 40 + x7 + x8 ) ( x15 + x 41 ) + x9 = = (116.1 + 21.25 ⋅ 2) (51 + 40.14) + 42.5 =

= 158.6 91.14 + 42.5 = 100.4Ом 17

I K( 31)1 = U Б /( 3 ⋅ x1 ∑ ) = 230 /( 3 ⋅ 100,4) = 1,324 кА

п1 л = 158 /,6 /(158,6 + 91,14) = 0,635 п1 л

( 3) - доля тока на линии W3 по отношению к току I K 1 в 1

месте КЗ Полный ток двухфазного КЗ на землю в месте повреждения

I K(11,11) = 3U б /( 2 x0 ∑ + x1 ∑ ) = = 3 ⋅ 230 /( 2 ⋅ 129,4 + 100,4) = 1,108кА Ток повреждения со стороны подстанции Б (ветвь 45, 46) 116,17 I K(11,11)в 45, 46 = п0 л1 ⋅ I K(11.11 ) = ⋅ 1,108 = 116,17 + 205,3

= 0,36 ⋅ 1,108 = 0,4кА п0 Л 1 = 0,36 где

п0 л1 - доля тока ветви 45, 46 по отношению к току

I K(11,11 ) Ток повреждения, проходящий по линии W3

I K(11,11),в15 = пол 2 ⋅ I K(11.11,)в 45, 46 = [405,5 /( 405,5 + 198)]⋅ ⋅ 0,4 = 0,27 кА п0 л 2 = 405,5 / 603,5 = 0,672 - доля тока линииW3 по отношению к току ветви 45, 46

п 0 л 3 = п 0 л1 ⋅ п 0 л 2 = 0,36 ⋅ 0,672 = 0,242 п0 л 3

- доля тока линии W3 по отношению к току

I K(11,11 ) в месте повреждения. 18

Напряжение 3U 0 на шинах подстанции В

3U 0 B = I K 11 в15 ⋅ x52 = 0.27 ⋅ 45 = 12,15кВ 3. Защита транзитной линииW3

В эксплуатируемых сетях 110-220 кВ для защиты от всех видов повреждений используется панель ЭПЗ 1636 и шкаф ШДЭ 2801. В состав панели и шкафа входят комплекты защит от междуфазных повреждений (дистанционные защиты и токовые отсечки) и комплекты защит от замыканий на землю (токовые защиты нулевой последовательности) Если панель ЭПЗ 1636 (шкаф ШДЭ 2801) обеспечивает только функцию резервной защиты от междуфазных КЗ, то в качестве основной применяется дифференциальнофазная высокочастотная защита типа ДФЗ-201. Полное первичное сопротивление: ЛинияW3

Z W 3 = (0.095 + j 0.425) ⋅ 120 = 11.4 + j51 = 52.26Ом

ЛинияW1 Z W 1 = (0.095 + j 0.425) ⋅ 100 = 9,5 + j 42,5 = 43,55Ом ЛинияW11 Z W 11 = (0,12 + j 0.43) ⋅ 70 = 8,4 + j 30,1 = 31,25Ом Длительно допустимый ток линии W3, выполненной проводом АС-300, по условию нагрева проводов составляет 690А. Для этой линии используются трансформаторы тока с коэффициентом трансформации

К I = 750 / 5

и трансформаторы коэффициентом трансформации 19

напряжения

с

КU =

220000 / 3 100 3

= 2200

3.1 Расчет уставок дистанционной защиты линии W3 3.1.1. Уставка срабатывания первой ступени принимается по условию отстройки от КЗ на шинах приемной подстанции

Z сзI = К отс Z W 3 , где КОТС =0,87 (ШДЭ 2801) КОТС=0,85 (ЭПЗ 1636) Расчет производится применительно к шкафу ШДЭ 2801 I Z сзI = 0,87 ⋅ 52 , 26 = 45, 47 Ом ; t сз ≈ 0с

3.1.2 Уставка срабатывания второй ступени Для линии W3 со стороны подстанции В смежными являются линия W6 и линия W11 с отпайкой W12, а со стороны подстанции Б- параллельные линии W1, W2 и трансформатор Т4. а) Направленная дистанционная защита БВ: уставка срабатывания второй ступени принимается по условию отстройки от конца первой зоны дистанционной защиты смежной линии W11, имеющей наименьшее сопротивление 1 Z сзII⋅БВ = К отс ⋅ ZW 3 + K отс ⋅ Z сзI ⋅W 11 / K ток где 1 K = 0,87; отс =0,78 (ШДЭ 2801); 1 Котс=085; K отс =0,78 (ЭПЗ 1636).

20

Котс

Рис.3.1 Схема замещения прямой последовательности при КЗ в точке 6 x1∑ = 188,35 50 203,55 + 30,1 = 188,35 40,14 + 30,1 = 63,2Ом

I

( 3) K6

Uб 230 = =⋅ = 2,104кА 3 x1 ∑ 3 ⋅ 63,2

I см = I K( 36) = 2,104 кА , I см - ток, проходящий через трансформатор тока смежной защиты, с которой производится согласование;

I выб =

40,14 I K(36) = 0.18 ⋅ 2.104 = 0.38кА , 40,14 + 188,35

где I выб - ток, походящий через трансформатор тока защиты, для которой выбирается уставка.

К ток = I выб / I см = 0,38 / 2,104 = 0,18 где К ток - коэффициент токораспределения Z сзI ⋅WII - уставка срабатывания первой ступени защиты смежной линии W11 Z сзI ⋅WII = К отс ZW 11 = 0,87 ⋅ 31,25 = 27,2Ом 21

Z сзII⋅БВ = 0,87 ⋅ 52,26 + 0,78 ⋅ 27,2 / 0,18 = 163,3Ом Выдержка времени второй ступени

t сзII. БВ = t сзI .W 11 + ∆t = 0 + 0.4 = 0.4c Чувствительность второй ступени

K ЧII⋅ БВ = Z сзII. БВ / Z W 3 = 163 .3 / 52 .26 = 3.12 ≥ 1,25 (режим ближнего резервирования) б) Направленная дистанционная защита ВБ: уставка срабатывания второй ступени принимается по двум условиям: 1. Отстройка от конца параллельных линий W1 , W2, оснащенных направленной поперечной дифференциальной защитой, при каскадном отключении КЗ у шин подстанции 1 1 А (точка )

Z

II сз ⋅ ВБ

 ZWI  = К отс  ZW 3 +  2 ⋅ K ток  

Рис.3.2 Схема замещения прямой последовательности при 1

КЗ в точке 1

22

x1 ∑ = 158,6 91,14 + 42,5 = 100,4Ом I

( 3) K 11

= I см

I выб =

Uб 230 = =⋅ = 1,324 кА 3 ⋅ x1 ∑ 3 ⋅ 100,4

158,6 ( 3) I К 11 = 0,64 ⋅ 1,324 = 0,841кА; 249,74

К ток = I выб / I см = 0,841 / 1,324 = 0,635 Z

II сз ⋅ БВ

43,55 = 0,87 (52,26 + ) = 75,3Ом 2 ⋅ 0,635

2. отстройка от КЗ за трансформатором Т4 (точка 7- на стороне СН) при отключенной одной из параллельных линий W1, W2

Z

II сз⋅ ВБ

где

  j (1 − ∆U ) 2 = К отс  Z W 3 + ⋅ xT 4  К ток , 

∆U =0,12-

наибольший относительный предел регулирования напряжения трансформатора Т4 (РПН)

xТ 4 = x10 = 275,1Ом

Рис 3.3 Схема замещения прямой последовательности при КЗ в точке 7 23

x1 ∑ = 158,6 91,14 + 275,1 = 333Ом

I

( 3) K7

= I см =

UБ 3 ⋅ x1 ∑

=⋅

230 3 ⋅ 333

= 0,399кА

158,6 (3) ⋅ I K 7 = 0.635 ⋅ 0,399 = 0,253кА 249,74 I выб = = 0,253 / 0,399 = 0,634 I см

I выб =

К ток

  (1 − 0.12) 2 Z = 0,87 11,4 + j 51 + j ⋅ ⋅ 275.1 = 336.7Ом 0 . 634   В качестве расчетной принимается меньшая уставка Z сзII⋅ВБ = 75,3Ом При наличии на смежных параллельных линиях поперечной дифференциальной защиты вторая ступень дистанционной защиты должна быть отстроена от времени каскадного действия поперечной защиты (0,7-0,8с). Если на приемной подстанции предусматривается УРОВ, то вторая ступень защиты должна быть отстроена от времени его действия (0,8-0,9с). Следовательно II сз⋅ВБ

t сзII⋅ВБ = 0,8 + ∆t = 0.8 + 0.4 = 1.2c Чувствительность

K

II Ч . ВБ

Z сзII⋅ВБ 75.3 = = = 1.44 ≥ 1.25 52.26 ZW 3

3.1.3 Для панели ЭПЗ 1636 уставка срабатывания третьей ступени выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки линии. Ток нагрузки 24

принимается

Z сзIII

по

длительно

допустимому

нагрева провода I нагр . макс = I длит .доп . U мин.экспл. = 3К отс ⋅ К в ⋅ I нагр . макс .соs (ϕ м.ч. − ϕ нагр . ) ,

где U мин .экспл . =0,9,

U ном . -минимальное

= 690 А

току

(3.1)

эксплуатационное

напряжение; КОТС = 1,2; Кв = 1,1; ϕ м .ч . = 650-800-угол максимальной чувствительности реле сопротивления;

ϕ нагр .. = 30 ° − 40 ° Для шкафа ШДЭ 2801 третья ступень защиты отстраивается от максимального нагрузочного режима по углу срабатывания реле

ϕ1 = ϕ нагр. макс. + ϕ доп. ,

(3.2)

ϕ доп . - 120 дополнительный угол запаса по где избирательности, учитывающий сумму погрешностей характеристик реле, расчета, измерительных трансформаторов и необходимый запас. При несоблюдении условия (3.2) уставка отстраивается в соответствии с выражением (3.1): Z

III сз

=

Z нагр.

К отс ⋅ К в. sin ϕ м.ч. ,

Z нагр . =

Z сзIII

⋅

sin ϕ нагр.

U мин.экспл. К = 1,15; К в = 1,2 3 ⋅ I нагр . макс . ; отс

sin 40 ° = ⋅ = 154.13Ом ° 3 ⋅ 1,15 ⋅ 1,2 ⋅ 0,690 sin 65 0,9 ⋅ 230

Z сзIII⋅БВ = Z сзIII⋅ВБ = 154 .13Ом 25

Чувствительность защиты БВ: К

III ч .бв

154,13 Z сзIII. БВ = = = 0,68〈1,2 ZW 3 + ZWII / K ток 52,26 + 31,25 / 0,18

чувствительность защиты не обеспечивается при КЗ в конце смежной линии WII (дальнее резервирование). Чувствительность защиты БВ: а) КЗ на шинах подстанции А с отключенной одной из параллельных линий W1, W2 - Кток=1 Z сзIII⋅ВБ 154,13 III = = 1,61〉1,2 К ч.⋅БВ = ZW 3 + ZWI / К ток 52,26 + 43,55 / 1 б) каскадное отключение КЗ у шин подстанции А К ток = 0,635

Z сзIII⋅ ВБ = = ZW 3 + ZWI / К ток

К

III ч ⋅ ВБ

=

154,13 = 1,26〉1,2 52,26 + 44,35 / 0,635

Выдержка времени третьей ступени: Защита БВ –

t cзIII⋅ БВ = t сзII ⋅ БВ + ∆t = 0,4 + 0,4 = 0,8c Защита ВБ –

t cзIII⋅ВБ = t сзII⋅ВБ + ∆t = 1,2 + 0,4 = 1,6c 3.1.4 Остаточное напряжение на шинах при КЗ в конце первой ступени защиты, %:

U ост =

3 ⋅ 0,87 Z W 3 ⋅ I К( 3) ⋅ 100 , U ср. НОМ 26

( 3) I где к - ток линии W3 при трехфазном КЗ в конце первой

ступени защиты, определяемый по кривым спадания.

Рис. 3.4. Схема замещения прямой последовательности при КЗ в точках 3, 4, 5. 230 230 I K( 33) = = = 2,43кА 3 (137,35 91,14) 3 ⋅ 54,8

I K(34) =

I K(35) =

230 230 = = 2,84кА 3 (162,85 65,64) 3 ⋅ 46,8

230 3 (188,35 40,14)

=

230 3 ⋅ 33,1

91,14 I = ⋅ 2,43 = 0,97кА 228,49 ( 3) I KЗ . ВБ = 2,43 − 0,97 = 1,46кА 65,64 I K( 34).БВ = ⋅ 2,84 = 0,82кА 228,49 ( 3) KЗ . БВ

I K( 34). ВБ = 2,84 − 0,82 = 2,02кА I

( 3) K 5. БВ

40,14 = ⋅ 4,02 = 0,71кА 228,49

I K(35).ВБ = 4,02 − 0,71 = 3,31кА 27

= 4,02кА

( 3) I KБ = 0,735кА Шины подстанции Б: 3 ⋅ 0,87 ⋅ 52,26 ⋅ 0,735 U ост = ⋅ 100 = 25,14 % 〈 60 % 230 Дистанционная защита БВ рекомендуется к установке в качестве резервной от междуфазных КЗ

( 3) I KВ = 1,65 кА Шины подстанции В: 3 ⋅ 0,87 ⋅ 52,26 ⋅ 1,65 U ост = ⋅ 100 = 56,43% ≈ 60% 230 Дистанционная защита ВБ рекомендуется к установке в качестве основной от междуфазных КЗ. 28

3.1.5 Вторичные сопротивления срабатывания

Z с. р. = Z сз ⋅ К I / K U Z сI. р. Б . В = Z сI. р. ВБ = 45,47 ⋅150 / 2200 = 3,1Ом

Z сII. р.Б .В = 163,3 ⋅150 / 2200 = 11,13Ом

ZсII. р.Б .В = 75,3 ⋅150 / 2200 = 5,13Ом Z сIII. р. ВБ = Z сIII. р. БВ = 154,13 ⋅ 150 / 2200 = 10,52Ом 3.1.6 Проверка чувствительности реле сопротивления по току точной работы (для первой и второй ступеней дистанционной защиты)

[]

По данным таблицы 3.1 1 находится ток точной работы реле сопротивления. Технические данные реле сопротивления в комплекте ДЗ-2 при вторичном номинальном токе 5А приведены в Таблице 3.1 Ступень и Минимальное комплект сопротивление защиты срабатывания

Диапазоны

Таблица3.1. токов точной

работы ( I т. р. мин. − I т. р. макс ) , А

Z уст.мин. , Ом/фазу 0,25 0,5 1,0

I и II 6,4- 150 ступени, 3,2- 100 комплект 1,6- 50 ДЗ-2 Принимается Zуст.мин.=1 Ом/ фазу, что диапазону точной работы от 1,6А до 50А . 29

соответствует

Определяется ток в реле при КЗ в конце зоны действия ( 3) I = I з . мин . / К I , защиты р. мин.

где I з . мин . - ток линии в расчетной точке (0,87 λ ) по кривым спадания токов ( п.3.1.4) Защита БВ: ( 3)

( 3) I р. мин. БВ = I КБ . / К I = 735 / 150 = 4,9 А ,

чувствительность реле работы.

сопротивление по току точной

Кч.точ.БВ = I р. мин.БВ. / I т. р. мин. = 4,9 / 1,6 = 3,06〉1,3 , где

I т. р. мин.. = 1,6 А - минимальное значение точной работы реле сопротивление. ( 3) I = I КВ. / К I = 1650 / 150 = 11А Защита В.Б.: р. мин.ВБ

К ч.точ.ВБ = 11 / 1,6 = 6,88〉1,3 3.2 Расчет уставки блокировки при качаниях на линии W3 Устанавливается устройство блокировки типа КРБ-126, реагирующее на ток обратной последовательности без использования тока 3I о а) определяется краткость тока качания по линии W3. Максимальный ток качания возникает при расхождении ° ЭДС параллельно работающих станций на 180 и Е ф = 1,05U ср .НОМ / 3 :

I кач . макс . = 2 Е ф. / x экв = 2,1U ср . НОМ /( 3 ⋅ x экв ) где x экв - эквивалентное сопротивление связи между параллельно работающими станциями, включая 30

сверхпереходное сопротивление сопротивление линии связи.

генераторов

и

Рис. 3.5 Схема замещения прямой последовательности

x экв = xсис . Б . + x сист . В + xW 3 =

= 137 ,35 + 40,14 + 51 = 228,49Ом I кач. макс . =

2,1 ⋅ 230 3 ⋅ 228,49

= 1,222 А

Краткость тока качания

I

* кач .

= I кач . макс .. / I 1ТАНОМ = 1222 / 750 = 1,63

б) по таблице 3.2

[1] для кратности

I*кач. = 1,63 определяется уставка блокировки Таблица 3.2 Рекомендуемые значения уставок блокировки от качаний в зависимости от тока качаний при вторичном номинальном токе 5А 2-3 3–7 Свыше I * кач .,отн.ед 7 0,5 0,75 0,5 0,75 0,75 I2.уст , А 00,7 0,06 0,11 0,105 0,165 К торм (уставка %) I2 уст =0,5А ; Кторм= 0,07 (7%) в) Проверка чувствительности блокировки от качаний для защиты линии W3, установленной на подстанции В при 31

каскадном отключении двухфазного КЗ на землю у шин 1 1 ) подстанции А (точка

Определяются токи всех последовательностей в месте 1 1 защиты при повреждении в расчетной точке

П.П.

I1(в1.,1) =

=

U ср. НОМ ⋅ п1 л = x ⋅x 3 ⋅ К I ⋅ ( x1Σ + 1Σ 0 Σ ) x1Σ + x0 Σ

230 ⋅ 0.635 = 0,0036кА 100,4 ⋅ 129,4 3 ⋅ 150 ⋅ (100.4 + ) 100,4 + 129,4

О.П.

I

(п.2.2.1):

(1,1) 2в.

U ср. НОМ ⋅ п1 л = = x1Σ 3 ⋅ К I ⋅ x1Σ ( + 2) x0 Σ

230 ⋅ 0.635 = = 0.002 кА 100.4 3 ⋅150 ⋅100.4 ⋅ ( + 2) 129.4 Н.П.

I

(1,1) ов .

=

=

U ср . НОМ ⋅ полз 3 ⋅ К I ( x1Σ + 2 x 0 Σ )

=

230 ⋅ 0.242 = 0,0006 кА 3 ⋅ 150 (100 .4 + 2 ⋅ 129,4)

[]

1 Определяется составляющая ):

ток

торможения

32

(аварийная

(1.1) I торм .в

(

2

)

(

3 1  =  I1(в1,1) − I 2(1в,1) + I ов(1,1)  + I1(в1.1) + I 2(1в,1) 4 2 

)

2

=

2

3 1  =  (3,6 − 2) + 0,6 + (3,6 + 2) 2 = 5,05 А 4 2  С учетом нагрузки (1,1) (1,1) I торм = I .в .нагр . торм.в . + I нагр . макс . / К I =

= 5,05 + 690 / 150 = 9,65 А

[1] Определяются расчетные чувствительности: без учета нагрузки Кч = =

(1,1) I 2(1в,1) − К торм ⋅ I торм .в

I 2 уст

коэффициенты

=

2 − 0,07 ⋅ 5,05 = 3,29〉1,2 ; 0,5

с учетом нагрузки (1,1) I 2(1в,1) − К торм ⋅ I торм 2 − 0,07 ⋅ 9,65 .в .нагр. Кч = = = 2,65〉1,2 0,5 I 2 уст 3.3 Расчет уставок токовых отсечек линии W3 Отсечки входят в состав панели ЭПЗ 1636 и шкафа 2801, обеспечивая дополнительную защиту от междуфазных КЗ. По кривым спадания токов (п.3.1.4.) определяется: а) для защиты БВ – ток трехфазного КЗ на шинах ( 3) I подстанции В КВ = 710 А ;

б) для защиты ВБ – ток трехфазного КЗ на шинах ( 3) подстанции Б I КБ = 1460 А ; 33

в) ток качаний по линии W3 I кач . макс . = 1222 А (п.3.2) Ток срабатывания отсечки выбирается по наибольшему из полученных значений токов ( 3) I с. з . ВБ = К отс . ⋅ I макс = К отс ⋅ I КБ = 1,2 ⋅ 1460 = 1752 А ,

где К отс =1,2. Время срабатывания отсечки t сз . ВБ ≈ 0 Отсечка устанавливается только на подстанции В, которая защищает 74% линии W3 ( п.3.1.4) Остаточное напряжение на шинах подстанции В при КЗ в конце зоны действия отсечки 3 0,74ΖW 3 I cВВ U ост. = ⋅ 100 = U ср.НОМ 3 ⋅ 0.74 ⋅ 52,26 ⋅ 1,752 ⋅ 100 = 51,3%〈60% 230 Поскольку линия W3 является транзитной, то применяется ускорение защиты до АПВ. =

3.4. Токовая защита нулевой последовательности линии W3. а) Кривые спадания токов 3I 0

34

Рис. 3.6 Схемы замещения прямой последовательностей при КЗ в точках 3, 4, 5. x1Σ3 = 137.35 91.14 = 54.8Ом

x 0 Σ 3 = (160,87 405,5) 198 = 115,2 198 = 72,83Ом

x1Σ 3 〈 x0 Σ 3

I К(13) 〉 I К(13.1) I

(1) К3

3U б 3 ⋅ 230 = = = 2.18кА 2 x1Σ 3 + x 0 Σ 3 2 ⋅ 54.8 + 72.83

x1Σ 4 = 162,85 65,64 = 46,8Ом x 0 Σ 4 = (115 , 2 + 76 ,5) 121,5 = 191,7 121,5 = 74 , 4Ом

x1Σ 4 〈x0Σ 4 I К(14) 〉 I К(14.1) I К(14) =

3 ⋅ 230 = 2,37кА 2 ⋅ 46,8 + 74,4

35

и

нулевой

x1Σ5 = 188,35 40,14 = 33,1Ом

x0 Σ 5 = 268,2 45 = 38,53Ом

x1Σ 5 〈 x0 Σ 5

I К(15) 〉 I К(15.1) 3 ⋅ 230 = 3,8кА 2 ⋅ 33,1 + 38,53 198 (1) I КЗ = ⋅ 2,18 = 1,38кА . БВ 313,2

I К(15) =

(1) I КЗ . ВБ = 2,18 − 1,38 = 0,8кА

I К(14) . БВ =

121,5 ⋅ 2,37 = 0,92 кА 313,2

I К(14) . ВБ = 2,37 − 0,92 = 1,45кА 45 I К(15) . БВ = ⋅ 3,8 = 0,55кА 313,2

I К(15) . ВБ = 3,8 − 0,55 = 3,25кА

б) Уставка первой ступени направленной земляной защиты (ТОНП – токовая отсечка нулевой последовательности) 36

выбирается по условию отстройки от максимального тока КЗ на землю в конце линии W3 (на шинах подстанции).

I 0Iсз . БВ = К отс . ⋅ I К(15) . БВ , где К отс. = 1,3 (линии 110-220кВ);

I К(15) . БВ = 0,55кА - ток однофазного КЗ на землю на шинах приемной подстанции В, проходящей через защиту БВ (кривая спадания)

I 0Iсз. БВ = 1,3 ⋅ 550 = 715 А , (кривая спадания – защищается 76% линииW3, должно быть не менее 20%) (1) I 0Iсз . ВБ = К отс . ⋅ I КЗ ⋅ ВБ = 1,3 ⋅ 800 = 1040 А ,(кривая

спадания - защищается 78% линии W3) (I ) где I КЗ ⋅ ВБ = 800 А - ток однофазного КЗ на землю на шинах приемной подстанции Б, проходящей через защиту ВБ (кривая спадания) Первые ступени обеих защит имеют выдержку времени t 0I ≈ 0 в) Уставка второй ступени направленной земляной защиты БВ (ТОНПВ – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени) выбирается по условию согласования с первой ступенью защиты нулевой последовательности смежной линии W11.

37

Рис. 3.7 Схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точке 6 x1Σ 6 = 188,35 40,14 + 30,1 = 63,2Ом

и

нулевой

x 0 Σ 6 = {[313 ,9 57 ,56 + 39 ] 237 ,1 + 51,3}

507,4 = (86,64 237,1 + 51,3) 507,4 = 114,75 507,4 = 93,59Ом

x1Σ 6 〈x0Σ 6

I К(16) 〉 I К(16.1) I

(1) К6

3U б 3 ⋅ 230 = = = 1,81кА 2 x1Σ 6 + x 0 Σ 6 2 ⋅ 63,2 + 93,59

(1) I см .1 =

507,4 ⋅ I К(16) = 0,82 ⋅ 1,81 = 1,48кА 114,75 + 507,4 38

237,1 ⋅ I см1 = 0,73 ⋅ 1,48 = 1,08кА 86,64 + 237,1 57,56 (1) I выб = ⋅ I см.2 = 0,155 ⋅ 1,08 = 0,17кА . 313,9 + 57,56 (1) (1) К ток . = I выб / I см .2 = 0,17 / 1,08 = 0,16

(1) I см 2 =

I 1 I 0IIсз . БВ = К отс ⋅ К I ток 0 сзW 11 , .

где К отс . = 1,1 ; (1) I 0IсзW 11 = К отс. ⋅ I см 2 = 1,3 ⋅ 1,08 = 1,404кА 1

I 0IIсз . БВ = 1,1 ⋅ 0,16 ⋅ 1,404 = 0,247 кА Время срабатывания второй ступени защиты

t 0IIcз . БВ = t 0I сзW 11 + ∆t = 0 + 0.4 = 0.4c Чувствительность второй ступени защиты проверяется по току КЗ на землю в конце линии W3

КЧIIОБВ = I К(15) .БВ / I ОIIСЗБВ = 550 / 247 = 2,23〉5 Уставка защиты ВБ выбирается по условию согласования с первой ступенью земляной защиты смежной линииW1, установленной на подстанции Б (линия W2 отключена и закорочена)

Рис.3.8 Схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точке 1 39

и

нулевой

x1Σ1 = 116,1 133,64 = 62,1Ом

x0 Σ1 = 60,97 (127,5 + 405,5 198) = = 60,97 (127,5 + 133) = 60,97 260,5 = 49,4Ом

x1Σ1 〉 x0 Σ1 ; I К(11) 〈 I К(11.1) ; I

(1,1) К1

3U б 3 ⋅ 230 = = = 2,47 кА 2 x0 Σ1 + x0 Σ1 2 ⋅ 49,4 + 62,1 60,97 ⋅ I К(11,1) = 0,19 ⋅ 2,47 = 0,47 кА 60,97 + 260,5 405,5 (1,1) = ⋅ I см = 0,67 ⋅ 0,47 = 0,315кА 405,5 + 198

(1,1) I см =

(1,1) I выб

(1,1) (1,1) К ток. = I выб / I см = 0,315 / 0,47 = 0,67

1 I I 0IIсз.ВБ = К отс ⋅ К ⋅ I . 0 сзW 1 , ток 1 К где отс . = 1,1 ;

(1,1) I 0Iсз.W 1 = К отс. ⋅ I см = 1,3 ⋅ 0,47 = 0,611кА

I 0IIсз . ВБ = 1,1 ⋅ 0,67 ⋅ 0,611 = 0,45кА t 0IIcз. ВБ = t 0I сзW 1 + ∆t = 0 + 0.4 = 0.4c 800 (1) II II К 4ОВБ = I К 5. ВБ / I 0сзВБ = = 1,78〉1,5 450 г) Уставка третьей ступени направленной земляной защиты БВ (МТЗНП – МТЗ нулевой последовательности) выбирается по условию отстройки от максимального тока 40

небаланса при трехфазном КЗ шинах приемной подстанции В.

I 0IIIсз . БВ = К отс I нб . макс . , ( 3) I = К ⋅ К ⋅ ε I = 1,3 ; нб . макс . о а К 5. БВ ,

где К отс где К о = 0,5 - коэффициент однотипности трансформаторов тока; К а = 1 ( t МТЗ .н.п. 〉 0,5с ) – коэффициент переходного режима; ε = 0,1 погрешность трансформаторов тока;

I К(35). БВ = 0,71кВ (п.3.1.4.) – ток, проходящий по линии W3 при трехфазном КЗ на шинах подстанции В. I 0IIIсз. БВ = 1,3 ⋅ 0,5 ⋅ 1 ⋅ 0,1 ⋅ 710 = 46,15 А

t0IIIcз. БВ = t0IIсзБВ + ∆t = 0,4 + 0.4 = 0.8c 1080 (1) III К 4IIIОБВ = I см / I = = 23,4〉1,2 , .2 0 сзБВ 46,15 (1) где I см.2 - ток, проходящий через защиту линии W11 при однофазном КЗ в конце этой смежной линии. Уставка третьей ступени защиты ВБ выбирается по условию отстройки от максимального тока небаланса при трехфазном КЗ на шинах приемной подстанции Б ( 3) I 0IIIсз . Бв К отс ⋅ К а εI КЗ . ВБ , ( 3) где I КЗ . ВБ = 1,46 кА (п.3.1.4.) – ток, проходящий по линии W3 при трехфазном КЗ на шинах подстанции Б.

I 0IIIсз. ВБ = 1,3 ⋅ 0,5 ⋅1 ⋅ 0,1 ⋅1460 = 94,9 А

t 0IIIcз. ВБ = t 0IIсзВБ + ∆t = 0,4 + 0.4 = 0.8c 41

III III (1,1) К чОВБ = I см / I . 0 сзВБ = 470 / 94,9 = 4,95 ≥ 1, 2

(1,1) I где см . - ток, проходящий через защиту линииW1 при

двухфазном КЗ на землю в конце этой линии (на шинах подстанции А) При наличии смежных линий третья ступень земляной защиты кроме отстройки от токов небаланса может отстраиваться от вторых ступеней защит смежных линий и выбираться наибольшая уставка. Если выбранная уставка не обеспечит необходимую чувствительность, то будет приниматься четвертая ступень, которая должна быть отстроена от третьих ступеней защит смежных линий. Если к рассматриваемой линии подключить отпайкой трансформатор с эффективно заземленной нейтралью и без выключателя со стороны питания, то отсечки ступеней защиты нулевой последовательности линии должны быть отстроены от броска тока намагничивания данного трансформатора

[1]

3.5. Дифференциально – фазная высокочастотная защита линииW3 Поскольку дистанционная защита транзитной линииW3, установленная на подстанции Б (защита БВ), является резервной от междуфазной КЗ, то в качестве основной используется дифференциально – фазная высокочастотная защита типа ДФЗ – 201. Принцип действия защиты основан на измерении фаз токов по концам защищаемой линии. Для преобразования трехфазной системы токов в обобщенную однофазную используют комбинированный фильтр 42

I1 + KI 2 , что позволяет выполнять защиту с одним высокочастотным каналом. В схеме защиты имеются три органа: пусковой, манипуляции и сравнения фаз. Пусковой орган состоит из двух групп – чувствительной – осуществляющей пуск передатчика, и грубой – подготавливающей цепь отключения. В каждой группе предусмотрены реле для действия при симметричных и несимметричных КЗ. Орган манипуляции обеспечивает управление генератора высокой частоты под воздействием переменного тока. Орган сравнения фаз токов реагирует на угол сдвига фаз между обобщенными векторами токов по концам защищаемой линии, различая внешние и внутренние КЗ. 3.5.1. Расчет пусковых органов при симметричных повреждениях Определяется вторичный ток нагрузки линииW3

I в.нагр. = I нагр. макс. / К I = 690 / 150 = 4,6 А Находится ток срабатывания реле пуска передатчика I с. р.п.п. = К отс. ⋅ I в.нагр.. / К в = 1,1 ⋅ 4,6 / 0,85 = 5,95 А , где К отс. = 1,1 -коэффициент отстройки по избирательности; К в = 0,85 - коэффициент возврата реле. Определяется ток срабатывания реле подготовки цепи отключения

I с. р.п.о. = К с. ⋅ I с. р.п.п. = 1,4 ⋅ 5,95 = 8,33 А где К с. = 1,4 - коэффициент согласования различных полукомплектов защиты. Чувствительность токовых пусковых органов проверяется при трехфазном КЗ в конце линии. 43

а)

Для

полукомплекта

подстанции Б:

защиты,

установленного

на

К ч.п.п.. = I в(.3Б) / I с. р.п.п.

Кч.п.о. = I в(.3Б) / I с. р.п.о. , ( 3) где I в . Б .. = I К 5. Б . В . / К I = 710 / 150 = 4,73 А I К 5. Б . В . = 710 А (п.3.1.4.) – ток трехфазного КЗ на шинах подстанции В, проходящий по линии W3

К ч.п.п.. = 4,73 / 5,95 = 0,795〈 2 ; К ч .п.о.. = 4,73 / 8,33 = 0,57 〈1,5

Чувствительность обеих пусковых органов недостаточная, поэтому цепи пуска дополняются реле сопротивления. Уставка срабатывания реле сопротивления выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки линии в соответствии с выражением (3.1) 0,9 ⋅ 220 Z сз = = 138,7Ом ° ° 3 ⋅ 1,2 ⋅ 1,1 ⋅ 0,69 ⋅ cos(65 − 40 ) Чувствительность реле сопротивление проверяется при трехфазном КЗ в конце линии по соотношению сопротивлений.

К Ч .Z . = Z сз. / Z W 3 = 138,7 / 52,26 = 2,65〉1,5 Для определения чувствительности реле сопротивления по току точной работы принимается минимальное сопротивление срабатывания реле сопротивления при 100% включенных витков вторичной обмотки его промежуточного трансформатора напряжения Zуст.мин = 1 Ом, что соответствует диапазону точной работы от 1,6А до 50А (таблица 3.1) 44

Кч.точн.Б . = I в(.3Б) / I т. р. мин. = 4,73 / 1,6 = 2,96〉1,3 , где Iт.р. мин = 1,6 А - минимальное значение точной работы реле сопротивления. б) Для полукомплекта защиты, установленного на подстанции В:

К ч.п.п. = I в(.3В) / I с. р .п.п. ;

К ч.п.о. = I в(.3В) / I с. р.п.о. , ( 3) ( 3) I = I где в . В КЗ . ВБ / К I = 1460 / 150 = 9,73 А ,

где I КЗ . ВБ = 1460 А (п.3.1.4.) – ток трехфазного КЗ на шинах подстанции Б, проходящий по линии W3 ( 3)

К ч.п.п. = 9,73 / 5,95 = 1,64〈 2 ; К ч.п.о. = 9,73 / 8,33 = 1,12〈1,5

цепи пуска дополняются реле сопротивления

Z сз. = 138,7Ом ; К ч.Z = 2,65〉1,5

К ч.точн . В. = I в(.3В) / I т. р. мин. = 9,73 / 1,6 = 6,1〉1,3 3.5.2. Расчет пусковых органов при несимметричных повреждениях Определяются токи срабатывания цепи подготовки отключения с фильтрами – реле по токам обратной и нулевой последовательности: К отс. ⋅ К с I 2 с . р . п .о . = ⋅ I 2 нб .п ; Кв ⋅ К I

К отс. ⋅ К с I 0 с . р . п .о . = ⋅ I 0 нб .п Кв ⋅ К I 45

где Котс=1,2 - коэффициент отстройки по избирательности; К с. = 2 - коэффициент согласования цепей пуска передатчика и подготовка отключения различных полукомплектов защиты; К в. = 0,4 − 0,5 - коэффициент возврата фильтра – реле;

I 2 нб .п. = К 2 нб . ⋅ I .нагр. макс. - приведенный к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности; К2нб = 0,02-0,03 - коэффициент небаланса фильтра обратной последовательности; I 0 нб .п. = К 0 нб . ⋅ I .нагр. макс. - приведенный к первичной цепи ток небаланса нулевой последовательности; К0нб = 0,02-0,03- коэффициент небаланса фильтра нулевой последовательности. 1,2 ⋅ 2 I 2 с . р . п .о . = ⋅ 0,025 ⋅ 690 = 0,55 А 0,5 ⋅ 150 аналогично I 0 с. р.п.о. = 0,55 А Эти уставки меньше минимально возможных уставок реле: для панели защиты ДФЗ-201 выставляются следующие уставки срабатывания реле подготовки цепей отключения – по току обратной последовательности 1; 1,5; 2А; по току нулевой последовательности 1; 1,5; 2А; для реле пуска передатчика

I 2 с. р.п.п.. = I 2 с. р.п.о. / 2 . Рассмотренные условия, как правило, не являются расчетными и обычно выбор уставок производится по обобщенным кривым

46

К 4 Σ = f ( I 2*в ,3 I 0*в )

с

определением

результирующей

чувствительности К 4 Σ пускового органы для любого вида КЗ (Рис.3.9.)

[2].

Рис.3.9 Обобщенные характеристики чувствительности пусковых органов для несимметричных КЗ панели ДФЗ-201.

I 2* в -

кратность последовательности;

вторичного

тока

обратной

3I 0*в - кратность тока нулевой последовательности Порядок расчета по обобщенным кривым: Определяются токи однофазного и двухфазного КЗ на землю по концам линии W3

47

Рис.3.10 Схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точках 3, 5.

и

нулевой

x1Σ 3 = 54.8Ом x 0 Σ 3 = 72,83Ом (1,1) I КЗ =

(1) I КЗ = 2,18 кА

3 ⋅ 230 = 1,985кА 2 ⋅ 72,83 + 54,8

137 ,35 п1Б = = 0,6 - доля тока на линии W3 при КЗ на 228,49 шинах Б (схема П.П.) 115,2 п0 Б = = 0,37 - доля тока на линии W3 при КЗ на 313,2 шинах Б (схема Н.П.)

x1Σ 5 = 33,1Ом I К(15,1) =

п1В

x 0 Σ 5 = 38,53Ом

I К(15) = 3,8кА

3 ⋅ 230 = 3,61кА 2 ⋅ 38,53 + 33,1

40,14 = = 0,18 - доля тока на линии W3 при КЗ на 228,49

шинах В (схема П.П.) 48

45 = 0,144 - доля тока на линии W3 при КЗ на 313,2 шинах В (схема Н.П.) Для каждого полукомплекта защиты находится ток обратной последовательности, подводимый к защите при двухфазном КЗ в конце линии. Защита БВ, двухфазное КЗ на подстанции В: п0 В =

I 2( 2в ) = I к( 25) ⋅ п1В /( 3 ⋅ К I ); I

( 2) к5

3 ⋅U б 3 ( 3) 230 = = 3,47кА = ⋅ I к5 = 2 2 ⋅ 3 ⋅ x1Σ 5 2 ⋅ 33,1

I 2( 2в ) = 3470 ⋅ 0,18 /( 3 ⋅150) = 2,41А Выбирается уставка срабатывания фильтр-реле обратной последовательности цепи подготовки отключения из условия обеспечения коэффициента чувствительности Кч = 2:

I

.

2 с . р . п .о

= I 2( 2в ) / 2 = 2,41 / 2 = 1,21А ,

предварительно выбирается I 2 уст. = I 2 с. р. п. .о = 1А Защита ВБ, двухфазное КЗ на подстанции Б:

I 2( 2в ) = I К( 23) ⋅ п1Б /( 3 ⋅ К I ); I

( 2) К3

Uб 230 = = = 2,1кА 2 ⋅ x1Σ 3 2 ⋅ 54,8

I 2( 2в ) = 2100 ⋅ 0,6 /( 3 ⋅150) = 4,86 А

I

.

2 с . р . п .о

= 4,86 / 2 = 2,43 А , 49

предварительно выбирается I 2 уст . = 2 А Для обеих полукомплектов защит БВ и ВБ принимается

I 2 уст. = 1А

Проверка чувствительности защиты при однофазных КЗ. Определяется составляющие токов отдельных последовательностей. Защита БВ, однофазное КЗ на подстанции В:

I 2(1в) = I к(15) ⋅ п1В /(3 К I ) = = 3800 ⋅ 0,18 /(3 ⋅150 ) = 1,52 А; 3I 0(1в) = I к(15) ⋅ п0 В / К I = = 3800 ⋅ 0,144 / 150 = 3,65 А Чувствительность защиты от тока

рассматриваемого (1) I 2в

полукомплекта

обеспечивается недостаточно, для ее

(1) 3 I повышения добавляется цепь тока 0 в

Примем уставку по току нулевой последовательности

I 0 с. р . = 3 I 0 уст = 2 А 3I 0*в. = 3I 0(1в) / 3I 0 уст = 3,65 / 2 = 1,83

Тогда

I 2*в. = I 2(1в) / I 2 уст = 1,52 / 1 = 1,52 Значениям

I 2*в . = 1,52

3I 0*в . = 1,83 ,

соответствует результирующая чувствительность К ЧΣ = 2,8〉 2 (Рис.3.9.) Защита ВБ, однофазное КЗ на подстанции Б: I 2(1в) = I к(13) ⋅ п1Б /(3К I ) =

= 2180 ⋅ 0,6 /(3 ⋅ 150 ) = 2,91 А;

50

3I 0(1в) = I к(13) ⋅ п0 Б / К I = = 2180 ⋅ 0,37 / 150 = 5,38 А 3 I 0*в . = 5,38 / 2 = 2,69 ; I 2*в . = 2,91 / 1 = 2,91

КЧΣ = 4,4〉 2 (Рис.3.9.) Проверка чувствительности защиты при двухфазных КЗ на землю. Защита БВ, повреждение на шинах подстанции В:

I 1(в1,1) = I 1(.1к,15) ⋅ п1В / К I , (1,1)

где I 1.к 5 - ток прямой последовательности при двухфазном замыкании на землю в точке 5. Uб / 3 = I1(.1к,15) = x1Σ 5 + x1Σ 5 ⋅ x0 Σ 5 /( x1Σ 5 + x0 Σ 5 )

230 / 3 = = 2,61кА 33,1 + 33,1 ⋅ 38,53 /(33,1 + 38,53)

I 1в(1,1)

- вторичный ток прямой последовательности на линии W3 при двухфазном КЗ на землю в точке 5.

I 1(в1,1) = 2610 ⋅ 0,18 / 150 = 3,13 А (1,1) I 2в - вторичный ток обратной последовательности на

линии W3 при двухфазном КЗ на землю в точке 5.

I 2(1в,1) = I 1(в1,1) ⋅ x 0 Σ 5 /( x1Σ 5 + x 0 Σ 5 ) = = 3,13 ⋅ 38 ,53 /( 33 ,1 + 38 ,53 ) = 1, 68 А 3I 0(1в,.1)

утроенный вторичный ток нулевой последовательности на линии W3 при двухфазном КЗ на землю в точке 5. 51

3I 0(1в,1) = I к(15,1) ⋅ п0 В / К I = 3610 ⋅ 0,144 / 150 = 3,47 А

3I 0*в. = 3I 0(1в.1) / 3I 0 уст. = 3,47 / 2 = 1,74 I 2*в. = I 2(1в.1) / I 2 уст. = 1,68 / 1 = 1,68

К ЧΣ = 3〉 2 (Рис.3.9) Защита ВБ, повреждения на шинах подстанции Б:

I1(.1к,13) =

Uб / 3 = x1Σ3 + x1Σ3 ⋅ x0Σ3 /( x1Σ3 + x0Σ3 )

230 / 3 = = 1,54кА 54,8 + 54,8 ⋅ 72,83 /(54,8 + 72,83)

I 1(в1,1) = I к(13,1) ⋅ п1Б / К I = 1540 ⋅ 0,6 / 150 = 6,16 А

I 2(1в,1) = I1(в1,1) ⋅ x0 Σ 3 /( x1Σ 3 + x0 Σ 3 ) = = 6,16 ⋅ 72,83 /(54,8 + 72,83) = 3,52 А 3I 0(1в,1) = I к(13,1) ⋅ п0 Б / К I = 1985 ⋅ 0,37 / 150 = 4,9 А

3I 0(1*,в1) = 3I 0(1в,1) / 3I 0 уст. = 4,9 / 2 = 2,45

I 2*в. = I 2(1в.1) / I 2 уст. = 3,52 / 1 = 3,52 КЧΣ 〉 4,5〉 2 (Рис.3.9.) 3.5.3. Расчет органа манипуляции а) Определяется расчетный коэффициент фильтра органа манипуляции для худшего случая – двухфазного КЗ на землю, когда токи прямой и обратной последовательностей находятся в противофазе.

К расч . = К отс ( I 1в. расч . / I 2 в . расч . )

где

К отс = 1,5 - коэффициент отстройки; 52

I 1в. расч. = I нагр. макс. / К I + I 1(в1.1) ; I 1в(1.1) - вторичный ток прямой последовательности при двухфазном КЗ на землю в конце линии;

I 2в. расч. = I 2(1в,1) Для полукомплекта защиты БВ при двухфазном КЗ на землю в конце линии W3 (точка 5):

I 1(в1.1) = 3,13 А ; I 2(1в,1) = 1,68 А

I 1в. расч. = 690 / 150 + 3,13 = 7,73 А

К расч. = 1,5(7,73 / 1,68) = 6,9 Защита ВБ, двухфазное КЗ на землю в конце линии W3 (точка 3): (1,1) I 1(в1.1) = 6,16 А ; I 2 в = 3,52 А

I 1в. расч. = 690 / 150 + 6,16 = 10,76 А

К расч. = 1,5(10,76 / 3,52) = 4,59 В панели ДФЗ-201 коэффициент К органа манипуляции может быть выполнен равным 4, 6, 8, что соответствует (1.1) I минимальному току надежной манипуляции 1в . мин (по

прямой последовательности), равному 1,1; 1,6; 2,0А и углу блокировки 45, 52, 600 Для обеих полукомплектов защиты линии W3 принимается уставка К=8 б) проверяется надежность манипуляции по минимальному току на входе фильтра при симметричных и несимметричных КЗ: 1) при симметричных КЗ расчетным является замыкание в начале линии, когда погрешность трансформаторов тока наибольшая. 53

I1(в3.)мак = I1(в3) − ∆I1в − КI 2 в .нб . 〉 I1в . мин . , ( 3) I где 1в - вторичный ток трехфазного КЗ в начале линии,

подводимый ко входу фильтра органа манипуляции;

∆I 1в = (0,05 − 0,08) I 1(в3) - приведенная абсолютное погрешность фильтра органа манипуляции по току прямой ( 3) I = I последовательности; 2 в .нб . 1в ⋅ ε / 3 приведенный ток

небаланса обратной последовательности, обусловленный погрешностью ТА (ε=0,1). Защита БВ, трехфазное КЗ в начале линии W3 (точка 3) Uб 91,14 ( 3) ( 3) I 1.в = I к 3 п1Б / К I = ⋅ / 150 = 3 x1Σ 3 228,49

=

230 ⋅ 0,4 / 150 = 0,0065кА 3 ⋅ 54,8

I1(в3.)ман . = 6,5 − 0,08 ⋅ 6,5 − 8 ⋅ 6,5 ⋅ 0,1 / 3 = = 4,25 А〉 I1в . мин . = 2 А Защита ВБ, трехфазное КЗ в начале линии W3 (точка 5)

230 188,35 I = I п / КI = ⋅ / 150 = 0,022кА 3 ⋅ 33,1 228,49 I1(в3.)ман . = 22 − 0,08 ⋅ 22 − 8 ⋅ 22 ⋅ 0,1 / 3 = 14,37 А〉 2 А 2) при несимметричных КЗ расчетным является случай двухфазного КЗ на землю в конце защищаемой линии ( 3) 1. в

( 3) к 5 1В

) I1(.1в,1. ман = КI 2 в. расч − I1в. расч. 〉 I1в. мин.

Защита БВ, двухфазное КЗ на землю в конце линии W3 (точка 5) 54

) I1(.1в,1. ман = 8 ⋅1,68 − 7,73 = 5,71〉 2

Защита ВБ, Двухфазное КЗ на землю в конце линии W3 (точка3) ) I1(.1в,1. ман = 8 ⋅ 3,52 − 10,76 = 17,4〉 2

в) Расчет органа сравнения фаз не производится. Для линии длиной до 120км рекомендуется принимать угол ° ° β = 52 блокировки защиты , а при больших длинах β = 60 4. Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линии W1-2

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита типа ЭПЗ 1637 принимается в качестве основной защиты параллельных линии W1-W2. Она состоит из двух одинаковых частей, устанавливаемых по концам линий, и реагирует на все виды повреждений. Каждая часть защиты представляется двумя комплектами: комплектом КЗ-6, действующим при междуфазных замыканиях, и комплектом КЗ-7, действующим при замыканиях на землю. При отключении выключателя любой линии защита выводится из действия блок-контактами выключателей. Комплект КЗ-6 содержит два пусковых органа с токовыми реле и два избирательных органа с реле мощности двухстороннего действия. Для повышения чувствительности токовых пусковых органов применяется пофазная блокировка по напряжению. Комплект КЗ-7 содержит два пусковых органа и один избирательный орган. Пусковые органы состоят из токового реле, включенного на разность токов нулевой последовательности параллельных линий, и реле напряжения, включенного на напряжение нулевой 55

последовательности. Реле мощности избирательного органа включается на разность токов нулевой последовательности и на напряжение нулевой последовательности. 4.1. Расчет комплекта защиты от замыканий на землю. 4.1.1. Ток срабатывания пускового органа выбирается по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешних замыканиях на землю.

I 0 с. з. = К отс. ⋅ I нб . расч. , где К отс . = 1,25 - коэффициент отстройки по избирательности;

I нб . расч . - ток небаланса; I нб . расч. = I нбI . расч. + I нбII . расч. ;

I нбI . расч. - составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока.

I нбI . расч. = К о К а ⋅ ε ⋅ 3I 0 макс. / 2 , где К о - коэффициент однотипности трансформаторов тока; Ко = 0,5 - однотипные трансформаторы тока; Ко = 1- трансформаторы тока разного типа; Ка = 2 - коэффициент, учитывающий переходной режим; ε = 0,1 - допустимая погрешность трансформаторов тока; ЗIо макс.- максимальный ток, проходящий по обеим линиям при замыкании на землю на шинах подстанции, связываемых этими линиями. Применяется наибольшее значение тока; 56

I нбII . расч.

- составляющая, обусловленная различием параллельных линии ( Z W 1 ≠ Z W 2 ) ; I нбII . расч. = С ⋅ К а ⋅ 3I 0 макс. , где С = ( Z W 1 − Z W 2 ) /( Z W 1 + Z W 2 ) - модуль разности токов повреждения, проходящих по линиям W1 и W2 в долях от суммарного тока линий; при Z W 1 = Z W 2 С = 0

Рис 4.1. Схемы замещения прямой последовательности при КЗ в точках 1, 3. x1Σ1 = 116,1 112,39 = 57,11Ом

x 0 Σ1 = 60,97 (99,9 + 133,04) = 48,32Ом I К(31). = U б /( 3x1Σ1 ) = 230 /( 3 ⋅ 57,11) = 2,33кА 116,1 I К( 31). Б = ⋅ 2,33 = 1,18кА 228,49

x1Σ1 〉 x0 Σ1

I К(11.1. ) 〉 I К(11)

I К(11,1. ) = 3U б /(2 x0Σ1 + x1Σ1 ) = = 3 ⋅ 230 /(2 ⋅ 48,32 + 57,11) = 2,59кА I К(11.1. Б) =

60 .97 ⋅ 2,59 = 0,54 кА 293 .91 57

и

нулевой

x1Σ3 = 137,35 91,14 = 54,79

x0Σ3 = 160,87 133,04 = 72,82 I К( 33) =

230 = 2,43кА 3 ⋅ 54,79

I К( 33). А =

91,14 ⋅ 2,43 = 0,97 кА 228,49

x1Σ 3 〈x0 Σ 3 I К(13) =

I К(13) . А

I К(13) . 〉 I К(13,1)

3U б 3 ⋅ 230 = = 2,18кА 2 ⋅ x1Σ 3 + x0 Σ 3 2 ⋅ 54,79 + 72,82 133,04 (1) (1,1) = ⋅ 2,18 = 0,99кА ; I К 3. А 〉 I К 3 Б , 293,91

(1) принимается 3I 0 макс. = I К 3. А = 0,99кА ;

При

ZW 1 = ZW 2

I 0 сз . = К отс . ⋅ К о ⋅ К а ⋅ ε ⋅ 3I 0 макс . ⋅ / 2 = = 1,25 ⋅ 0,5 ⋅ 2 ⋅ 0,1 ⋅ 990 / 2 = 61,88 А

I 0 сз. = 61,88 А 4.1.2 Напряжение срабатывания пускового органа выбирается по условию отстройки от напряжения небаланса. Принимается с использованием реле РН-53:

U 0 с. р. = 5 В

Напряжение срабатывания защиты 220000 U 0 сз = U 0 с. р . ⋅ К и = 0,005 ⋅ = 6,36 кВ 100 ⋅ 3

58

I 0 сз . = 61,88 А , Выбранные уставки срабатывания U 0 сз = 6,36 кВ являются общими для защит, установленных на разных концах параллельных линий. 4.1.3. Чувствительность токового пускового органа проверяется при внутренних повреждениях: а) при КЗ в точке одинаковой чувствительности, для одинаковых параллельных линии точка равной чувствительности располагается посредине линий (Рис 4.2.)

Рис.4.2. Двухстороннее отключение КЗ в точке равной чувствительности. Из рис.4.2. видно, что I АБ = (U А. − U Б ) / x Л =

= ( I А ⋅ x Л / 2 − I Б ⋅ x Л / 2) / x Л = ( I А − I Б ) / 2 ;

I зА = I А − I АБ = ( I А + I Б ) / 2 = I К / 2 ; I зБ = I АБ + I Б = ( I А + I Б ) / 2 = I К / 2 . При КЗ в точке одинаковой чувствительности через защиты, установленные по концам параллельных линий, проходят одинаковые токи, равные половине тока повреждения

I К = 3I 0 К 3I 0 К Кч = ≥2 2 ⋅I 0 сз

59

Рис.4.3. Преобразование схемы последовательности при КЗ чувствительности 2. 97,17 ⋅ 55,2 xа = = 16,68Ом 321,61 xб =

замещения в точке

нулевой равной

55,2 ⋅ 169,24 = 29,05Ом 321,61

x0 Σ 2 = 44,28 56,65 + 51,13 = 75,98Ом xв =

169,24 ⋅ 97,17 = 51,13Ом 321,61

x1Σ 2 = 61,75Ом (п. 2.1.1.)

x1Σ 2 〈x0 Σ 2 , I К(12) = 3I 0 К =

I К(12) . 〉 I К(12,1) 3U б 3 ⋅ 230 = = 1,995кА 2 x 1Σ 2 + x 0 Σ 2 2 ⋅ 61,75 + 72.98 60

1995 = 16,12〉 2 2 ⋅ 61,88 б) при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А(точка 11) КЧ =

Рис. 4.4. Схемы замещения прямой и нулевой последовательностей при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А (точка 11) x1Σ11 = 100,4Ом ; x 0 Σ11 = 129 ,4Ом (п. 2.2.1.) I К(11)1 =

3U б 3 ⋅ 230 = = 1,205кА 2 x 1Σ11 + x 0 Σ11 2 ⋅ 100,4 + 129,4

205,34 ⋅ 1,205 = 0,77 кА 321,51 стороны подстанции А. I К(11)1 ,в 47 =

- ток повреждения со

3 I 0 зБ - ток, проходящий через комплект защиты КЗ-7 у

шин подстанции Б при повреждении в точке 11

3I 0 зБ = I К(11)1 + I К(11)1 ,в.56 = 1205 + 770 = 1975 А

КЧ .Б = 3I 0 зБ / I 0сз = 1975 / 61,88 = 31,9〉1,5 ; при каскадном отключении КЗ у шин подстанции Б (точка 3 1)

61

Рис.4.5. Схема замещения прямой и нулевой последовательностей при каскадном отключении КЗ у шин I подстанции Б (точка 3 ) x1Σ 31 = 116,1 (91,14 + 42,5) + 42,5 = 104,63Ом

x0Σ 31 = 133,27 188,24 + 55,2 = 133,23Ом

I

(1) К 31

3 ⋅ 230 = = 1,162кА 2 ⋅ 104,63 + 133,23

I К(13) 1 ,в 54 I К(13) 1 , в 54 =

3I 0 зА

- ток повреждения со стороны подстанции Б

133,27 ⋅1,162 = 0,48кА 133,27 + 188,24

- ток, проходящий через комплект защиты КЗ-7 у

шин подстанции А при повреждении В точке 3

I

3 I 0 зА = I К(13) 1 + I К(13) 1 ,в .54 = 1162 + 480 = 1642 А К ЧА

3I 0 зА 1642 = = = 26,5〉1,5 I 0 сз 61,88

4.1.4. Чувствительность пускового органа по напряжению проверяется в наиболее тяжелом случае – каскадном отключении КЗ на землю у шин противоположенной подстанции 3U 0 защ ≥ 1,5 КЧ = U 0сз Комплект защиты со стороны подстанции Б: 62

3U 0 защ. = I К(11)1 ,в 54 ⋅ x54 = =

116,17 ⋅ 1,205 ⋅ 133,04 = 57,93кВ 116,17 + 205,34

U 0 сз = 6,36кВ (п.4.1.2.) КЧ . Б = 57,93 / 6,36 = 9,1〉1,5 Комплект защиты со стороны подстанции А:

3U 0 защ. = I К 31 ,в 47 ⋅ x47 = =

188,24 ⋅ 1,162 ⋅ 60,97 = 41,48кВ 133,27 + 188,24

К Ч . А = 41,48 / 6,36 = 6,5〉1,5 4.2. Расчет комплекта защиты от междуфазных повреждений 4.2.1. Ток срабатывания пускового органа выбирается по трем условиям: а) отстройка от максимального тока небаланса при внешних КЗ производится аналогично выбору тока срабатывания пускового органа комплекта от замыканий на землю (в выражении для I нб . расч вместо тока 3 I 0 макс подставляется ( 3)

ток I К . макс - ток трехфазного КЗ на шинах подстанций, связываемых линиями W1, W2:

I сз. = К отс. ⋅ К о ⋅ ε ⋅ К а ⋅ I К( 3.)макс . / 2 I К( 31). Б = 1180 А ; I К(33). А = 0,97 кА

(п. 4.1.1.)

( 3) ( 3) I = I Принимается К . макс К 1. Б = 1180 А

I сзА = I сзБ = 1,25 ⋅ 0,5 ⋅ 0,1 ⋅ 2 ⋅ 1180 / 2 = 73,75 А 63

б) отстройка от максимального тока нагрузки линий при обрыве соединительных проводов токовых цепей и при оперативном отключении одной из линии со стороны противоположной подстанции:

I сз = ( К отс / К в ) I нагр . макс . , К отс = 1,2 где - коэффициент отстройки избирательности; К в. = 0,85 - коэффициент возврата реле;

по

I нагр. макс. = 500 А - максимальный ток нагрузки; 1,2 ⋅ 500 = 706 А 0,85 в) отстройка от тока неповрежденной линии при каскадном отключении замыкания на землю на параллельной линии для случая работы защиты на грани I сз =

срабатывания (3I 0 защ. ≈ I 0 с. з. )

I с. з. = К отс. ⋅ I неп , где К отс. =1,3 – коэффициент запаса по избирательности;

I неп = I нагр. макс. + I 0 с. з. / 3 I с. з. = 1,3(500 + 61,88 / 3) = 677 А 4.2.2. Чувствительность токового пускового проверяется: а) при КЗ в точке одинаковой последовательности КЧ . АБ = I К( 22) /( 2 ⋅ I сз ) = 3 ⋅ I К( 32) /( 4 ⋅ I cp ) = = 3 ⋅ 2150 /( 4 ⋅ 706) = 1,32〈 2 64

органа

б) в режиме каскадного отключения противоположенного подстанции ) КЧ = I К( 2.)защ. / I сз = ( I К( 2) + I К( 2.парал . ) / I cз ≥ 1,5

КЗ

у

шин

Рис.4.6. Схема замещения прямой последовательности при каскадном отключении КЗ у шин подстанции А (точка 11) x1Σ1 = 158,6 91,14 + 42,5 = 100,4Ом 1

I К( 21)1 = 230 /(2 ⋅ 100,4) = 1,145 А I К( 21)1 парал . =

91,14 ⋅ 1,145 = 0,42 кА 249,74

Защита Б: КЧБ = ( I К( 21)1 + I К( 21)1.парал.2 ) / I сз = = (1145 + 420) / 706 = 2,22〉1,5

Рис.4.7. Схема замещения прямой последовательности при каскадном отключении КЗ у шин подстанции (точка 31) 65

x1Σ 31 = 116,1 133,64 + 42,5 = 104,6Ом ( 2) I КЗ I = 230 /( 2 ⋅ 104,6) = 1,099кА

I К( 23)1 парал. =

116,1 ⋅ 1,099 = 0,51кА 249,74

Защита А: КЧА = ( I К( 23)1 + I К( 23)1.парал ) / I сз =

= (1099 + 510) / 706 = 2,28〉1,5 Чувствительность токового органа при КЗ в точке одинаковой чувствительности оказывается недостаточной, поэтому дополнительно используется блокировка токового органа по напряжению. В этом случае ток срабатывания выбирается только по условию отстройки от максимального тока небаланса при внешних КЗ. 4.2.3. Напряжения срабатывания органа блокировки по напряжению выбирается по условию возврата органа блокировки после отключения внешнего КЗ на параллельной линии. U с. з . =

U раб . мин. К отс ⋅ К в

где Uраб.мин = 0,9 Uном - минимальное рабочее напряжение в месте установки защиты; К в . = 1,1 - коэффициент возврата для реле К отс. = 1,2 ; минимального напряжения

U с . з . = 0,9 ⋅ 220 /(1,2 ⋅ 1,1) = 150 кВ Чувствительность пускового органа блокировки по напряжению проверяется при каскадном отключении двухфазного КЗ в конце линии 66

КЧ =

U с. з. ≥ 1,3 UК

(2) U = 2 I где К К ⋅ x Л - междуфазное напряжение в месте

установки защиты Защита Б: КЧ . Б . = U сз. /( 2 I К( 21)1 ⋅ xW 2 ) = = 150 /( 2 ⋅1,145 ⋅ 42,5) = 1,54〉1,3 Защита А: ( 2) КЧ . А. = U сз. /(2 I КЗ 1 ⋅ xW 2 ) =

= 150 /(2 ⋅1,099 ⋅ 42,5) = 1,61〉1,3

5. Защита линии W8 напряжением 37 кВ Рассматривается трехступенчатая токовая защита.

Рис. 5.1. Схема замещения прямой последовательности при КЗ в точках 8, 9, 10, 11. x1Σ 8 = (188,35 50 + 38,3) 165,25 + 400 ,6 = 453,5Ом 67

I К(38) = 230 /( 3 ⋅ 453,5) = 0,293кА

[

]

I К(39) = 230 / 3 ( j 453,5 + 487 + j515) = 0,123кА

[ ] = 230 / [ 3 ( 487 + j1365 ,3) ] = 0,092 кА

I К(310) = 230 / 3 (942 + j1448,5) = 0,077 кА I К( 311) Принимается трехфазная схема с реле РТ-40 5.1 Отсечка первой ступени I IТО = К отс ⋅ I К(39) = 1,2 ⋅ 123 = 147,6 А

tI ≈ 0 I I КЧI = I K( 28) / ITO = 3 I K( 38) /( 2 ⋅ ITO )= = 3 ⋅ 293 /( 2 ⋅ 147 ,6) = 1,72〉1,2

x

=x

−x

отс защ cΣ Защищаемая зона , I где x защ = U б / 3I ТО - результирующее сопротивление, соответствующее току срабатывания;

x сΣ = x1Σ8 - сопротивление системы, приведенное к шинам

подстанции в месте установки защиты; xотс = 230 /( 3 ⋅ 0,1476) − 453,5 = 447,2Ом Остаточное напряжение на шинах в месте установки защиты при КЗ в конце зоны действия отсечки. I U ост. = 3IТО ⋅ xотс ⋅ 100 / U ср.НОМ = = 3 ⋅ 0,1476 ⋅ 447,2 ⋅ 100 / 230 = 49,65%〈60% Мгновенная отсечка не обеспечивает достаточное остаточное напряжение, в связи с этим выясняется возможность установки отсечки второй ступени (отсечки с выдержкой времени) 5.2 Отсечка второй ступени 68

а) условие отстройки от отсечки I ступени смежной линии W9 1 1 II I I I ТО = К отс ⋅ I см = К отс ⋅ I ТО .W 9 , 1

где К отс = 1,1; 1 I I I ТО = К I .W 9 отс К 10 = 1, 2 ⋅ 77 = 92 , 4 А . II I ТО = 1,1 ⋅ 92,4 = 102 А .

б) условие отстройки от максимального тока КЗ за трансформатором Т10 II I ТО = К отс ⋅ I К( 311) = 1,2 ⋅ 92 = 110 А II принимается I ТО = 110 А I t II = tcм + ∆t = 0 + 0,4 = 0,4с II II КЧII = I К( 29) / IТО = 3I К(39) /(2 IТО )=

= 3 ⋅123 /(2 ⋅110) = 0,97〈1,5

чувствительность отсечки второй ступени не обеспечивается. 5.3 МТЗ – третья ступень – с пуском по напряжению

( К СЗП = 1 ) III I МТЗ = К отс ⋅ КСЗП I нагр. макс. / К в ,

где К отс = 1,1 ; К СЗП = 1 - коэффициент самозапуска нагрузки;

К в = 0,85 - коэффициент возврата реле РТ-40; I нагр. макс. = I нагр.доп. = 265А (провод типа АС-70) III I МТЗ = 1,1 ⋅1 ⋅ 265 / 0,85 = 343 А - по стороне 37кВ. III I МТЗ = 343 ⋅ 37 / 230 = 55,2 А - по стороне 230кВ.

69

t III = t МТЗ .W 9 + ∆t , где t МТЗ .W 9 - уставка по времени МТЗ смежной линии W9 III III КчIII.осн. = I К( 29) / I МТЗ = 3I К(39) /(2 I МТЗ )= = 3 ⋅123 /(2 ⋅ 55,2) = 1,93〉1,5 III К чIII. рез. = 3I К(310) /(2 I МТЗ )=

= 3 ⋅ 77 / 2 ⋅ 55,2 = 1,21〉1,2 Чувствительность МТЗ в основной и резервной зонах обеспечивается. Таким образом, для защиты линии W8 принимается двухступенчатая токовая защита с мгновенной отсечкой и МТЗ. Возможно использование трехступенчатой дистанционной защиты типа ПЗ-4 и токовой отсечки (комплект защиты КЗ11) 6 Защита разветвленной линии W10 напряжением 10,5кВ.

Рис 6.1. Схема воздушной линии W10 с трансформаторами отпаек 70

Разветвленная линия W10 питается от шин 10,5кВ подстанции через трансформатор Т10 мощностью 10 МВ.А. Ток трехфазного КЗ на шинах 10,5

I К(311) = 92 ⋅ 230 / 10,5 = 2015 А Сопротивление сети

Z С = 1450 ⋅ 10,5 2 / 230 2 = 3,02Ом . Линия W10 выполнена проводом марки АС-35 R0 = 0,77Ом / км ; x0 = 0.4Ом / км ; Z 0 = 0,87Ом / км Длины участков линии указаны на Рис. 6.1. К линии отпайками подключены столбовые однотрансформторные пункты 10/0,4кВ. Линия оснащается двухступенчатой токовой защитой с МТЗ и отсечкой, выполненной по двухфазной схеме с реле прямого действия РТВ и РТМ; кроме того, на линии предусматривается устройство АПВ. Трансформаторы отпаек защищаются от многофазных КЗ плавкими предохранителями. 6.1 Ток срабатывания МТЗ линии определяется: а) по условию отстройки в режиме самозапуска нагрузки

I МТЗ = К отс ⋅ К СЗП ⋅ I раб.. макс. / К в , где I раб .. макс . - максимальные рабочий ток линии, равной сумме номинальных токов трансформаторов отпаек ΣI ТР .НОМ .

I раб .. макс. = ΣI ТР. НОМ = ΣS ТР.НОМ /( 3U ТР , НОМ . ) , А

где ΣS ТР . НОМ [кВ ⋅ А] - сумма номинальных мощностей трансформаторов отпаек;

71

U ТР , НОМ . [кВ ] - номинальное напряжение трансформатора отпайки; К отс - коэффициент отстройки, К отс = 1,1 − 1,2 ( реле РТ-40, РТ-80);

К отс = 1,2 − 1,4 (реле РТВ);

К СЗП - коэффициент самозапуска нагрузки, К СЗП = 1,2 − 1,3 - для сельской местности;

Кв

- коэффициент возврата реле, К в = 0,8 − 0,85 ( реле РТ-40, РТ-80);

К в = 0,6 − 0,7 (реле РТВ) ΣS тр.ном = 613кВ ⋅ А (Рис. 6.1); U ТР , НОМ . = 10 кВ ΣIТР.НОМ = 613 /( 3 ⋅10) = 35,43 А

I МТЗ = 1,3 ⋅ 1,25 ⋅ 613 /( 3 ⋅ 10 ⋅ 0,65) = 88,6 А б) по условию селективного взаимодействия с предохранителем наиболее мощного трансформатора отпайки

I МТЗ = 1,4 I в .с.5 с. , где I в.с.5с. - ток плавления вставки предохранителя, соответствующий ее преддуговому времени, равному пять секунд (времени начальной части типовой время-токовой характеристики предохранителя). Для трансформатора отпайки с наибольшей мощностью

250кВ ⋅ А (Рис.6.1) I вс .5 с = 100 А (Таблица 6.1.) 72

Таблица 6.1. S ТР.НОМ , кВ ⋅ А U ТР . НОМ , кВ I вс . НОМ . , А

25 40 63 100 160 250 400 630

10 10 10 10 10 10 10 10

5 8 10 16 20 31,5 50 80

I вс .5 с , А 18 26 35 56 75 100 175 280

I МТЗ = 1,4 ⋅ 100 = 140 А По

условиям

а)

и

б)

выбирается

больший

ток

I МТЗ = 140 А . Для защиты используется трансформаторы коэффициентом трансформации пТА = 100 / 5 ; Ток срабатывания реле I c. р . = I МТЗ ⋅ К сх / пТА , где

- коэффициент схемы I cр. = 140 ⋅1 / 20 = 7 А ;

тока

с

К сх

В соответствии с Таблицей П.16 [3] выбирается реле РТВ-I привода ПП – 67 с уставкой I cр . = 7 А Чувствительность защиты в основной зоне действия ) К ч(.2осн = I К( 213) / I МТЗ ≥ 1,5 ,

( 2) I где К 13 - ток двухфазного КЗ в конце линии W10; I К( 213) = 3 ⋅ I К( 313) / 2 ; I К( 213) = U Н /[ 3 ( Z c + Z W 10 ) , 73

где Z W 10 = Z 0 λ = 0,87 ⋅18 = 15,66Ом (Рис. 6.1)

I К(313) = 10,5 /[

3 (3,02 + 15,66) ] = 0,325кА

I К( 213) = 3 ⋅ 325 / 2 = 281А ) К ч(.2осн = 281 / 140 = 2〉1,5

Правилами устройства электроустановок [4] допускается не определять чувствительность МТЗ при КЗ за трансформаторами отпаек.

[]

6.2. Согласно существующим рекомендациям 4 уставка токовой отсечки линии принимается с отстройкой от тока (3) трехфазного КЗ I К 12 в месте подключения ближайшего трансформатора отпайки (Рис.6.1., конец участка 1)

I ТО = К отс ⋅ I К( 3.)12 , где К отс = 1,4 − 1,5 (реле РТМ); К отс = 1,2 − 1,3 (РТ-40);

К отс = 1,5 − 1,6 ( РТ – 80); I К( 312) = U Н /[

[

3 ( Z с + Z W 10 ,1 ) ] =

= 10,5 / 3 (3,02 + 0,87 ⋅ 5) ] = 0,824 кА

I ТО = 1,4 ⋅ 824 = 1154 А . Кроме того, отсечка отстраивается от бросков суммарного тока намагничивания трансформаторов отпаек

I ТО = 4 ⋅ ΣI ТР . НОМ . = 4 ⋅ 35,43 = 141,7 А Принимается большее значение I ТО = 1154 А .

I c. р. = I ТО ⋅ К сх / пТА = 1154 ⋅ 1 / 20 = 57,7 А ; 74

выбирается реле РТМ-III привода ПП-67 с уставкой

I c. р. = 60 А

(таблица П.15

[3] );принимается

I ТО . = I с . р . ⋅ пТА / К сх = 60 ⋅ 20 / 1 = 1200 А Чувствительность двухфазного КЗ

отсечки

I К( 3.)11

определяется

по

току

в месте установки защиты

) КЧ( 2.ТО = 3I К(311) /(2 I ТО ) = 3 ⋅ 2015 /(2 ⋅1200) = 1,45〉1,2

6.3 Требование чувствительности МТЗ линии записать иначе

[5] :

можно

) К ч(.2осн = I К( 2 ) / I МТЗ ≥ 1,5 , ( 2) I где К - ток двухфазного КЗ в конце защищаемой линии; I МТЗ. ≤ I К( 2) / 1,5 = 3 ⋅ I К(3) /(2 ⋅ 1,5) = I К(3) / 3 ,

( 3) I где К - ток трехфазного КЗ в конце линии;

I МТЗ . ≤ I К( 3) / 3

(1)

Кроме требования необходимой чувствительности МТЗ, определяемого по выражению (1), должно быть соблюдено селективное взаимодействие защиты с предохранителем наиболее мощного трансформатора отпайки (с учетом существенной погрешности типовых характеристик предохранителей): I МТЗ . ≥ 1,4 I вс.5с Следовательно, для одновременного обеспечения чувствительности МТЗ линии и ее селективной работы с предохранителями трансформаторов отпаек необходимо соблюсти соотношение 75

I К(3) / 3 ≥ I МТЗ ≥ 1,4 I вс.5с

(2)

( 3) I Из выражения (2) имеем К ≥ 2,4 I вс .5 с (3)

Условие (3) позволяет по величине тока

I К(3) определить

максимально допустимый ток I вс .5 с . и в соответствии с таблицей 6.1. принять максимальную мощность подключаемого трансформатора отпайки. Применительно к линии W10 ток трехфазного КЗ в ее (3) I конце К 13 = 325 А , согласно выражению (3): I вс .5 с.. = I К( 313) / 2,4 = 325 / 2,4 = 135,4 А ,

в соответствии с таблицей 6.1 максимально допустимая мощность трансформатора отпайки не превышает 250 кВ ⋅ А Поскольку

I МТЗ = К отс ⋅ КСЗП ⋅ ΣSТР.НОМ . /( К в 3UТР.НОМ ) ≤ ,

≤ I К(3) / 3

( 3) где SТР.НОМ . [кВ ⋅ А] , U ТР.НОМ [кВ] , I К [А] ;

в защите с реле РТ-40 (РТ-80)

I МТЗ = 1,15 ⋅1,25 ⋅ ΣSТР.НОМ . /(0,8 ⋅ 3 ⋅UТР.НОМ ) ≤ ≤ I К(3) / 3 ( 3) Σ S ≤ 0 , 55 U ⋅ I получаем ТР . НОМ . ТР . НОМ К

в защите с реле РТВ I МТЗ = 1,3 ⋅ 1,25ΣSТР.НОМ . /(0,65 ⋅ 3 ⋅ U ТР.НОМ ) ≤

≤ I К(3) / 3

(4);

;

( 3) Σ S ≤ 0 , 4 U ⋅ I получаем (5) ТР . НОМ . ТР . НОМ К 76

По условию (4), (5) , зная величину тока трехфазного КЗ в конце линии, можно определит допустимую суммарную мощность трансформаторов отпаек. Согласно (5) допустимая суммарная мощность трансформаторов отпаек линии W10:

ΣS ТР . НОМ .доп . ≤ 0,4 ⋅ U ТР . НОМ ⋅ I К( 313) = = 0,4 ⋅ 10 ⋅ 325 = 1300 кВ ⋅ А Эта мощность больше установленной на линии W10 суммарной мощности трансформаторов отпаек, равной

613кВ ⋅ А

Если условия (4), (5) не обеспечиваются, то основная зона МТЗ сокращается; расчетом определяется граничная точка линии с током трехфазного КЗ, обеспечивающим ( 2) К допустимую чувствительность ( ч .осн . = 1,5 ), и вблизи

этой точки устанавливается пункт секционирования линии с дополнительной релейной защитой.

77

Список рекомендуемой литературы 1. Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем. –М.: Издво МЭИ, 2000. 2. Платонов В.В., Чмыхалов Г.Н. Специальные вопросы проектирования релейной защиты электрических сетей энергосистем: Учебной пособие для вузов. -Новочеркасск.: Изд. ЮРГТУ (НПИ), 2000 Правила устройства электроустановок. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 3. Худугуев В.И. Релейная защита и автоматика элементов системы электроснабжения примышленного предприятия: Учебное пособие для вузов. -Улан-Удэ, РИО ВСГТУ, 1996. 4. Худугуев В.И. Выбор уставок релейной защиты сельских распр-х сетей сборник научных трудов ВСГТУ, Вып. 7, Том 2, -Улан-Удэ, 1999.

78

Оглавление 1 Введение 3 2 Расчет токов короткого замыкания 7 2.1. Схема замещения прямой последовательности 7 2.2. Схема замещения нулевой последовательности 13 3. Защита транзитной линии W3 19 3.1. Расчет уставок дистанционной защиты линии W3 20 30 3.2. Расчет уставки блокировки при качаниях на линии W3 3.3 Расчет установок токовых отсечек линии W3 33 3.4 Токовая защита нулевой последовательности линии W3 34 3.5 Дифференциально – фазная высокочастотная защита линии W3 42 4 Поперечная дифференциальная токовая направленная защита параллельных линии W1-W2 55 4.1. Расчет комплекта защиты от замыканий на землю 56 4.2. Расчет комплекта защиты от междуфазных повреждений 63 67 5 Защита линии W8 напряжением 37кВ 6 Защита разветвленной линии W10 напряжением 10,5кВ 70 78 7 Список литературы.

79

Релейная защита трансформаторов и автотрансформаторов Составители: Худугуев В. И., Данеев В. В. Рецензент: Баташов А.И.

Подписано к печати 08.02.2006 г. Формат 60х84 1/16 Усл. п. л. 4,65 Тираж 100 экземпляров. Заказ № Издательство ВСГТУ. г. Улан-Удэ, Ключевская, 40а.

© ВСГТУ, 2006 г. 80