ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus
Релейная защита воздушных линий 110-220 кВ типа ЭПЗ-1636 [25] Расчет уставок устройств релейной защиты [24] ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА [18] Максимальная токовая защита [14] Проверка релейной защиты [13] Дифференциальная защита линий [12] Защита синхронных генераторов [12] Измерительные трансформаторы [10] Принципы построения измерительных и логических органов релейной защиты на полупроводниковой и интегральной базе [10] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Реле [9] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Высокочастотные защиты [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита от коротких замыканий на землю в сети с глухозаземленной нейтралью [6] Векторные диаграммы. Короткие замыкания в электрических системах [6] Действие релейной защиты при качаниях [6] Аппаратура для проверки релейной защиты [5] Защита шин [3] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Оперативный ток [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

3-1. Токовая отсечка и максимальная токовая защита одиночных линий 35 и 110 кВ

РАСЧЕТЫ ЗАЩИТ ОДИНОЧНЫХ ЛИНИЙ 35 И 110 кВ


3-1. Токовая отсечка и максимальная токовая защита одиночных линий 35 и 110 кВ

Основные условия расчета. Основные условия расчета максимальных токовых защити токовых отсечек, изложенные в Главе 1, справедливы и для линий 35 и 110 кВ без ответвлений и с ответвлениями. В выражении (1-1), коэффициент самозапуска kсзп определяется по суммарному току самозапуска нагрузки всех трансформаторов, подключенных к защищаемой линии и ко всем следующим (по направлению тока) линиям того же напряжения. Для этого в расчетной схеме все нагрузки, подключаемые к каждому трансформатору, представляются сопротивлениями обобщенной или бытовой нагрузки, приведенными к рабочей максимальной мощности трансформатора. Высоковольтные двигатели учитываются отдельно.

В условии согласования чувствительности защит число n может обозначать также количество параллельно работающих трансформаторов 35 (110) кВ, подключен­ных к рассматриваемой линии. Наибольшую трудность представляет согласование по току и времени токовых защит линии 35 кВ и предохранителей трансформаторов ответвлений подобно тому, как это имеет место на ВЛ 6 и 10 кВ. Имеются особенности в согласовании по чувствительности максимальных токовых защит линий с предыдущими максимальными токовыми защитами трансформаторов, имеющими пуск по напряжению (пример 3).

Условия (1-11) и (1-12) выбора селективных и неселективных токовых отсечек также сохраняются. Отсечки с выдержкой времени 0,4-1 С широко применяются на линиях 35 кВ. В ряде случаев они позволяют существенно уменьшить время срабатывания и линейных защиту и защит трансформаторов 110, 220 кВ, питающих линии 35 кВ.

Примеры расчета токовой отсечки и максимальной защиты одиночных линий 35 и 110 кВ с ответвлениями

Пример 1. Выбираются уставки трехступенчатой токовой защиты 5 одиночной ВЛ 35 кВ JI1 (рис. 3-1). Защита выполнена на аналоговых реле.

Решение. Рассчитываются токи трехфазного КЗ в точках К1-К9. Точки К2 и КЗ расположены на серединах линий Л1 и Л2, соответственно. Для упрощения расчетов сопротивление питающей системы принято неизменным. Все токи приведены к напряжению 35 кВ.

Рассчитывается селективная отсечка без выдержки времени (3-1) по следующим условиям.

а) По условию (1-11) отстройки от трехфазного короткого замыкания в точке КЗ, т.е. в месте ответвления Б к трансформатору, защищенному плавкими

предохранителями, например типа ПСН-35, Ic.о.5-1 >= kн * I(3)к3 =1,2*1020 = 1220 А, где kн = 1,2-1,3 при выполнении отсечки с реле типа РТ-40.

 

б) По условию отстройка от бросков тока намагничивания всех трансформаторов 35 кВ, питающихся по линии Л1



 

 

 

Определяется коэффициент чувствительности токовой отсечки при КЗ в месте ее установки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме: при трехфазном КЗ kч= 1 500/1 220 = 1,23 > 1,2, при двухфазном КЗ kч=1,06. Наряду с этим определяется зона действия отсечки (рис. 3-1,6), которая составляет около 35 % длины линии при трехфазных КЗ. Отсечка является достаточно эффективной.

Проверяется возможность выполнения неселективной отсечки без выдержки времени, отстроенной от КЗ в конце защищаемой линии Л1, ток срабатывания которой по условию (1-11)



Убеждаемся, что при этом отсечка надежно отстроена от бросков тока намагничивания трансформаторов и от тока КЗ за трансформатором подстанции Б на ответвлении. Проверяется возможность успешного АПВ линии при КЗ в трансформаторе подстанции Б, для чего определяется время плавления (tпл) плавкой вставки с

Iвс.ном =75 А предохранителя типа ПСН-35 при расчетном токе, равном Iс.о/(1,3-1,4)=800 А. По типовым характеристикам ПСН-35 tпл= 0,04 с. Общее время отключения линии при действии отсечки не менее 0,1 с, следовательно, при необходимости неселективная отсечки может быть использована в сочетании с АПВ линии. Зона действия неселективной отсечки охватывает 55% длины линии.

Рассчитывается ток срабатывания отсечки 5-2 с выдержкой времени 0,5 с по условию согласования чувствительности с мгновенными защитами 2 и 5, а также с предохранителями 4 предыдущих элементов.

а)  При согласовании чувствительности с отсечкой 3 трансформатора учитывается ток нагрузки неповрежденных элементов (двух трансформаторов подстанций Б и Г по

1 MB-А каждый):



где kн.c = 1,25; Iс.o3= 380 А (рис. 3-1).

Если трансформатор оборудован дифференциальной защитой, то ток срабатывания отсечки с tc.o = 0,5 С выбирается по условию отстройки от КЗ за трансформатором.

б)  Отсечка 2 на линии ./72 выполнена на индукционном реле типа РТ-85 и имеет ток срабатывания, выбранный по условию отстройки от КЗ за трансформатором подстанции Г (точка 767): Ic.o2>= kнIк7 = 1,6 • 190 = 305 А. По условию согласования с этой отсечкой, так же с учетом нагрузки, как и в п. «а», ток срабатывания отсечки Л1



в)  Плавкая вставка с Iвс.ном = 75 А предохранителя 4 типа ПСН-35 при токе Iрасч = 490 А/1,3 обеспечивает отключение КЗ в трансформаторе подстанции Б через t = tпл +tгор = 0,2 + 0,15 = 0,35 с.

Для создания необходимой ступени селективности следует либо увеличить время срабатывания отсечки 5-2 до t >= 0,9 с, либо увеличить ее ток срабатывания. Принимается tc.o 5-2 = 0,9 с при Ic.o 5-2= 490 А (рис. 3-2). Коэффициент чувствительности, определенный при двухфазном КЗ в конце линии Л1 более 1,5.

Рассчитывается максимальная токовая защита 5-3. Для выбора тока срабатывания по условию (1-1) необходимо определить значение коэффициента kсзп. Если среди потребителей питаемых подстанций нет промышленных предприятий и крупных механизированных ферм, птицефабрик и т. д., то можно, по аналогии с расчетом

защиты линий 6 и 10 кВ в сельскохозяйственных районах считать kсзп =1,2-1,3. В иных случаях коэффициент kсзп вычисляется приближенным методом. В данном Примере kсзп= 1,8, Iраб. макс= ∑ Iном.тр.= 59,5 А И по условию (1-1) Ic.o 5-3= 146 А.

По согласованию чувствительности Ic.з 5-3 >= kн.с(Ic.з 2 + ∑Iраб.максБ.В) = (1,3-1,4)( 100+ 43) = 185 - 200 А, где kн.с= 1,3 - 1,4.

Время срабатывания защиты 5-3 должно быть выбрано на ступень Δ t большим, чем время срабатывания предыдущей защиты 2, соответствующее току срабатывания защиты 5-3. Характеристика t = f(I) защиты 2 при этом должна быть сдвинута вправо на величину тока ∑Iраб.максБ.В (кривая 2' на рис. 3-2). Очевидно, что при выбранном выше Ic.з 5-3 = 200 А пришлось бы принять tc.з 5-3 >= 3,6 с, что недопустимо, поскольку Ic.з 6 = 2,7 с. Поэтому выбираются Ic.з 5-3 = 300 А и tc.з 5-3 = 2,2 с, для которых обеспечивается ступень селективности Δ t с предыдущей защитой 2 с учетом тока нагрузки неповрежденных предыдущих элементов (подстанций Б и В). При выбранном Iс.з коэффициент чувствительности защиты 5-3 в основной зоне (точке К4) равен 2,5, а в зоне резервирования (К6) - 2, что соответствует требованиям «Правил» [1]. За трансформаторами КЗ не резервируются, что допускается [1].



Сравнивая уставки второй и третьей ступеней максимальной защиты линии JI1, можно отметить, что эти ступени дополняют друг друга: отсечка 5-2 ускоряет отключения КЗ на линии, а максимальная защита 5-3, имея меньший ток Iс.з, выполняет функции резервной защиты. Защиту б (рис. 3-2) можно выбрать с tс.з6 = 1,4 с (вместо 2,7 с), если согласовать ее по току со второй ступенью защиты 5 (490 А).

Производится расчетная проверка трансформаторов тока защиты 5 в объеме§ 1-5.

а) Проверка на 10 % - ную погрешность до дешунтирования ЭО. Определяется кратность k10 при токе срабатывания той ступени, которая надежно защищает всю линию: k10 = 1,1 • 490/150 = 3,6. По кривой предельных кратностей для транс­форматоров тока типа ТВД-35 МКП при nT = 150/5 определяется значение zн.доп =1,2 Ом. Для двух последовательно включенных обмоток zн.доп = 2,4 Ом. Фактическая расчетная нагрузка трансформаторов тока для двухфазной схемы защиты (неполная звезда) zн.расч = 2rпр + zр.ф + zp.o6p + rпер = 2 • 0,29 + 0,215 + 0,005 + 0,1= 0,9 Ом. Сопротивление реле, включенных в фазный провод, складывается из сопротивлений промежуточного реле РП-341, токового реле времени РВМ-12 (0,1 Ом каждое) и трех токовых реле РТ-40 (для запаса принимается утроенное сопротивление реле третьей

ступени 3*0,5102 =0,015 Ом, где 0,5 В-А - потребляемая мощность реле. Таким образом, zр.ф = 0,215 Ом. Сопротивление одного токового реле, включенного в обратный провод, zр.обр = 0,005 Ом. Сопротивление алюминиевых проводов при длине 40 м и сечении 4 мм2 равно 0,29 Ом. Поскольку расчетная нагрузка оказалась меньше допустимой, полная погрешность ε трансформаторов тока до дешунтирования ЭО не превышает 10 %.

б) Для проверки чувствительности ЭО определяется действительная погрешность трансформаторов тока в режиме после дешунтирования ЭО. При токе надежного срабатывания ЭО предельная кратность k10= 1,8 *5*30/150 = 1,8. По той же кривой предельных кратностей определяется zн..доп = 1,7 Ом, а для двух обмоток zн..доп=3,4 Ом. Фактическая расчетная нагрузка после дешунтирования возрастает на z эо=0,85*8/52 = 1,85 Ом, где S = 58 В-А - потребляемая мощность ЭО (реле РТМ), 5 А - ток срабатывания ЭО (РТМ), 0,8 - коэффициент, учитывающий, что расцепление механизма привода выключателя при срабатывании реле РТМ происходит раньше, чем сердечник реле поднимется до упора и сопротивление реле станет равным 58/52= 2,3 Ом (при верхнем положении сердечника). После дешунтирования ЭО zн.расч = 0,9 + 1,85 = 2,75 Ом, что меньше допустимого (3,4 Ом) и, следовательно, ε и f меньше 10 %; kч.эо = 0,865 *900/5 *30 = 5 >1,8 при КЗ в конце защищаемой линии Л1, 4 - при КЗ в конце резервируемой линии Л2, но меньше 1 при двухфазных КЗ за трансформаторами подстанций Б, В, Г со стандартными схемами соединения обмоток (по табл. 2-4 kу = 2). В целом максимальная токовая защита 5 не резервирует КЗ за указанными трансформаторами, что вынужденно допускается [1].

Расчетная проверка надежной работы контактов реле РТ-40 при КЗ в начале линии показали, что реле всех ступеней защиты 5 будут работать надежно.

Пример 2.
В этом примере без подробного расчета показываются возможности использования токовых отсечек без выдержки и с выдержкой времени для общего снижения уставок по току и по времени защит в сети 35 кВ (рис. 3-3, а). При небольших уставках по току целесообразно использовать максимальные защиты с зависимой характеристикой на реле РТ-85, которые значительно проще выполняются, чем защиты с независимой характеристикой, на переменном оперативном токе и, кроме того, более удачно сочетаются с плавкими предохранителями трансформаторов 35 кВ.

На карте селективности (рис. 3-3, 6) построена расчетная характеристика плавкой вставки с Iвс.ном = 50 А предохранителя ПСН-35 (сдвинутая вправо на 20 % по отношению к заводской защитной характеристике). Ступень селективности между характеристиками 7 и 2 обеспечивается при всех практически возможных токах КЗ на стороне 35 кВ трансформатора. Однако при малых токах КЗ, в случаях повреждения внутри трансформатора иногда может иметь место неселективная работа защиты линии 35 кВ. Селективность действия защит 2, 3, 4 обеспечивается при всех возможных значениях токов КЗ (рис. 3-3, б). При согласовании уставок защит 3 и 2, а также 4 и 3 учтены токи нагрузки неповрежденных элементов соответствующих подстанций, как и в предыдущем примере.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пример 3. Выбираются уставки только максимальной токовой защиты на линии 110 кВ Л1+JI2 (рис. 3-4, а). Уставки селективной токовой отсечки выбираются так же, как в примере 1, уставки защиты нулевой последовательности - как в примере 7. Сопротивления элементов в омах, отнесенных к напряжению 110 кВ, приведены ниже:



 

 

 

 

Сопротивления трансформаторов вычислены по формулам (2-8) и (2-7) с учетом РПН (Δ UРПН = ± 10 %).

Решение. Вычисляется приближенным методом коэффициент самозапуска kсзп с учетом того, что на подстанциях Б и В обобщенная нагрузка (промышленная), для которой х*нагр= 0,35, Схема замещения представлена на рис. 3-4, б. Сопротивление нагрузки (при S <ыги>paб.макс = Sном.тp) определяется по выражению (2-15): x1 = x4 = 375 Ом, приведенным к напряжению 110 кВ.

Относительно небольшие активные сопротивления линий не учитываются. Производятся преобразования схемы замещения: х8 = x1 + x2 + x3 = 375 + 110 + 8 =

= 493 Ом, х9 = x4 + х5 = 375 + 110 = 485 Ом; х10 = х8/х9 = 493*485/(493 +485)= 244 Ом; хэ = х10 + x6 + х7 = 244 + 10+ 12 = 266 Ом.

Ток самозапуска в соответствии с формулой (2-13)




Определяются минимальные напряжения на шинах 10 кВ подстанций Б и В в начале самозапуска. Для этого производится токораспределение в схеме замещения (рис.3-4, б):

Минимальные напряжения в начале самозапуска на шинах 10 кВ подстанций:

Полученные значения Uмин показывают, что самозапуск обеспечивается.

Напряжения срабатывания пусковых органов напряжения максимальных токовых защит 2 и 3 трансформаторов подстанций Б и В выбраны с помощью (2-21): U*с.з2 = 0,58; U*с.з3= 0,56 (при kв = 1,2 ; kн=1,15).

Выбирается ток срабатывания максимальной токовой защиты 1.

а) По условию несрабатывания при самозапуске нагрузки: Iс.з1 >= kн • Iсзп =1,15•239 = 275 А

б) По условию согласования по току с предыдущей защитой 2 Iс.з1 >= kн.с ( Iс.з2 + Iраб. макс в) = 1,1 (85 + 56) = 155 А, где Iс.з2 =1,5Iном.тр б (защита с пуском по напряжению).

Поскольку защита 1 при Iс.з1 = 275 А чувствительна к КЗ за трансформаторами подстанций Б и В, а максимальные токовые защиты 2 и 3 этих трансформаторов выполнены с пусковыми органами напряжения, необходимо ток срабатывания защиты 1 дополнительно согласовать по чувствительности с пусковыми органами напряжения защит 2 и 3, так как при отказе из-за низкой чувствительности любого из органов - токового или напряжения - защиты 2 и 3 будут бездействовать. Согласование производится с учетом активного переходного сопротивления в месте КЗ в следующем порядке [8].

а)   Рассматривается металлическое трехфазное КЗ на одном из элементов низшего напряжения подстанции Б в точке К1 (рис. 3-4, а), где пусковой орган напряжения защиты 2 имеет ещё достаточную чувствительность. Сопротивление до точки К1



где zc.э — наименьшее сопротивление системы (включая линию и трансформатор) до места установки трансформатора напряжения ТН, от которого питается пусковой орган напряжения максимальной защиты, с которой производится согласование, Ом;

U'*c.з  — напряжение срабатывания этого органа напряжения, уменьшенное для надежности в kн = 1,1-1,2 раза.

Для защиты 2 U'*c.з = 0,58/1,1 = 0,53. Сопротивление zc.э = jxc. макс + rЛ1+ + jxЛ1 + jxтp.мин = 6,7 + j 132 Ом (рис. 3-4); zc.э =132 Ом, φ л = 87° = 90°. Тогда по формуле (3-1)



Максимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точке К1

б)   Рассматривается трехфазное КЗ через переходное активное сопротивление (электрической дуги) за тем же трансформатором подстанции Б, поскольку по мере увеличения активной составляющей сопротивления до места КЗ условия согласования защит 1 и 2 ухудшаются из-за того, что через защиту 1 проходит больший ток, чем при соответствующем металлическом КЗ. Этот больший ток КЗ можно представить как


где kток > 1 коэффициент, показывающий увеличение тока через защиту 1 при расчете с учетом переходного активного сопротивления по сравнению с расчетом при металлическом КЗ.




На рис. 3-5, а приведены зависимости kток от напряжения срабатывания U*с.з предыдущей защиты, выраженного в долях от соответствующего междуфазного напряжения. Кривые kток = f (U*с.з ) построены для трех характерных значений φ э = 60, 75 и 90° [8].

На рис. 3-5, б приведена диаграмма падений напряжения до точки КЗ, позволяющая графически определить значения kток. Основание треугольника падения напряжения ОК представляет собой геометрическую сумму падений напряжения в системе, линиях, трансформаторе и электрической дуге, равную междуфазному напряжению (ЭДС) системы. Сторона О А представляет собой падение напряжения в сопротивлениях системы, линий и трансформатора, сторона АК - падение напряжения в активном сопротивлении дуги, которое принято максимально возможным: Δ Ur = 0,4Uмф. Приняв φ э= 75° (рис. 3-5, б) считаем, что это угол сопротивления цепи система - линия - трансформатор. Проведенные из точки КЗ К дуги с радиусами, равными U*с.з, отсекают отрезки ОМ и ОМ', которые представляют собой падения напряжения в сопротивлениях от нулевой точки системы (0) до места включения пускового органа напряжения соответственно при металлическом КЗ и КЗ через активное сопротивление в условиях, когда реле напряжения начинает отказывать. Поскольку суммарное сопротивление от нулевой точки системы до места установки пускового органа напряжения при этом не меняется, отношение OM’/ОМ = kток.

В рассматриваемом примере (рис. 3-5, а) для φ э = 90° и U'*с.з= 0,53 kток = 1,2. Тогда по формуле (3-2) Iк.макс = 1,2 • 226 = 271 А. По условию согласования чувствительности:



Здесь Iк.макс и Iраб.макс могут складываться арифметически по следующим соображениям. При Δ Ur = 0,4Uмф и при максимальном значении φ э = 90° угол сдвига фаз φ к между напряжением и током Iк.макс составляет 66° (за счет активного переходного сопротивления в месте КЗ). При φ э < 90° угол φ к < 66°. Учитывая, что φ раб = 30-40°, ошибка при арифметическом сложении составит не более 5 % в сторону увеличения надежности согласования.

в) Таким же образом производится выбор тока срабатывания максимальной защиты 1 по условию согласования с пусковым органом напряжения защиты 3 (рис. 3-4): U'*с.з 3= 0,56/1,1 = 0,51; zс.э= xс.э=140 Ом; φ л = 90°; по формуле (3-1) zрасч 2 = 140 • 0,51/(1 - 0,51) = 146 Ом; Iк. мет = 110 000/[√ 3 (140 + 146)] = 222 А. Из рис. 3-5, а для φ э = 90° и U'*с.з 3 = 0,51 определяется kток = 1,21. Тогда по формуле (3-2) Iк.макс =1,21 * 222= 268 А.. Аналогично Iс.з1 >= kн.с (Iк.макс +Iраб.макс б) = 1,1 (268 + 56)=355 А.

г) Принимается большее из полученных значений Iс.з1 = 360 А. Определяются коэффициенты чувствительности зашиты 1. При КЗ в основной зоне на Л1 + Л2 kч>>1,5. При КЗ в зоне резервирования, например, за трансформатором подстанции Б (при трехрелейной схеме защиты 1),

где I(3)к.мин определяется по выражению, аналогичному (2-11). При других значениях напряжения системы и соответствующих положениях регулятора РПН трансформатора подстанции Б kч рез будут выше.

В подобных расчетах переходное активное сопротивление должно учитываться, главным образом, при выполнении пускового органа напряжения предыдущих защит трансформаторов по схеме 2-11,6. При комбинированном пусковом органе (рис. 2-11, а) в рассматриваемых случаях наиболее вероятно срабатывание фильтра-реле обратной последовательности, поскольку КЗ через переходные сопротивления скорее всего являются несимметричными.

Выбор времени срабатывания максимальной токовой защиты 1, проверка трансформаторов тока в объеме § 1-5, определение допустимости применения схемы с дешунтированием ЭО производятся так же как в примере 1.

23 Октябрь, 2014              6174              ]]>Печать]]>
1 / 2 ( Плохо )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы