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]

3-3. Дистанционная защита одиночных линий 35 кВ и 110 кВ с ответвлениями

РАСЧЕТЫ ЗАЩИТ ОДИНОЧНЫХ ЛИНИЙ 35 И 110 кВ

3-3. Дистанционная защита одиночных линий 35 кВ и 110 кВ с ответвлениями

Основные условия расчета. Расчетные условия и выражения для выбора уставок дистанционных защит отечественного производства приведены в [3]. Здесь рассматриваются расчеты дистанционных защит только для одиночных линий с односторонним питанием напряжением 35 и 110 кВ, имеющих ответвления без источников питания (рис. 3-8). Защита 2 установлена в предположении, что в ремонтном режиме или после АВР возможно питание со стороны подстанции Б.

Расчет дистанционной защиты заключается в определении сопротивлений срабатывания, выдержек времени и чувствительности каждой из ступеней защиты и пусковых органов (которые обычно выполняют и функции последней, резервной, ступени), а также параметров срабатывания, чувствительности и типа устройства блокировки защиты при качаниях. Приведенные ниже расчетные выражения для линий с ответвлениями легко могут быть использованы и для расчета уставок защит линий без ответвлений и блоков линия-трансформатор.

Первая ступень дистанционной защиты. Первичные сопротивления срабатывания рассчитываются для металлических КЗ по следующим условиям (для J11, рис. 3-8):

а)  по условиям отстройки от КЗ, за трансформатором ответвлений



где zТр.мин определяется по формуле (2-7);

б)  по условию отстройки от КЗ на шинах подстанции, примыкающей к противоположному концу линии (подстанция Б),





.

Сопротивление срабатывания zIс.з принимается равным меньшему из полученных значений по этим условиям

При большой мощности трансформатора на ответвлении, распложенном вблизи места установки защиты, условия (3-8) и (3-9) могут явиться определяющими, т. е. потребовать уменьшения сопротивления первой ступени. Это возможно, если



где z'л - длина участка линии от места подключения трансформатора на ответвлении до шин противоположной подстанции.

Если трансформаторы на ответвлениях оборудованы быстродействующими защитами, которые вызывают включение короткозамыкателя 35 (110) кВ, то время срабатывания первой ступени дистанционной защиты линии желательно иметь не менее 0,1 с.

Если трансформаторы на ответвлениях от линий 35 кВ защищаются плавкими предохранителями (рис. 3-9), выражения (3-8) и (3-9) могут быть применены только в

тех случаях, когда при минимальном расчетном значении тока двухфазного КЗ (I(2)к.расч ) в конце зоны действия первой ступени защиты (zIс.з) плавкие вставки плавятся за

время, не превышающее 0,08 (при tIс.з>= 0,1 с). В этих случаях неселективное действие первой ступени защиты будет исправлено успешным действием устройства АПВ линии.

Расчетный ток





где k'н = 1,1 - 1,2 - коэффициент надежности; k"н =1,2 - коэффициент, учитывающий неточность работы предохранителей.

При tпл > 0,08 с сопротивление zIс.з должно выбираться по условию отстройки от КЗ в месте установки предохранителей трансформатора (рис. 3-9):



Вторая ступень. Первичные сопротивления срабатывания определяются по следующим условиям (для линии Л1, рис. 3-8):

а) по условию отстройки от КЗ за трансформаторами ответвлений - по выражениям (3-8) и (3-9);


б) по условию согласования с первой ступенью дистанционной защиты предыдущего участка (защита 3, рис. 3-8):



 

 

в) по условию отстройки от КЗ за трансформатором противоположной подстанции (подстанции Б, рис. 3-8);



 

 

где zТр.мин определяется по формуле (2-7);

г) по условию согласования чувствительности с предыдущими защитами других типов. Если предыдущая линия (Л2, рис. 3-8), трансформаторы на ответвлениях или трансформаторы противоположной подстанции защищаются токовыми отсечками.

zIIс.з1 может выбираться по условию согласования чувствительности с соответствующей токовой отсечкой:



где zл - сопротивление участка от места установки дистанционной защиты 1 до места установки защиты (отсечки), о которой производится согласование: zрасч-

сопротивление зоны, надежно (kн >=1,1) охватываемой зашитой (отсечкой), с которой производится согласование, в расчетных условиях (при двухфазном КЗ в минимальном режиме).

Сопротивление zрасч может быть определено аналитически или графически подобно тому, как определяется зона действия токовой отсечки (см. пример 5). При этом рассматривается металлическое КЗ между двумя фазами, поскольку в случаях замыканий через переходное активное сопротивление надежность согласования дистанционных защит с максимальными токовыми защитами увеличивается. Режим работы системы и сети выбирается такой, при котором ток в месте установки дистанционной защиты наибольший, а в месте установки максимальной отсечки - наименьший. В распределительных сетях 35 - 110 кВ простой конфигурации согласование чувствительности дистанционной защиты с предыдущей токовой отсечкой (без выдержки и с выдержкой времени), а также с предыдущей максимальной токовой защитой может с достаточной точностью производиться по выражению:



где Uc. мин.мф - минимальное значение междуфазного напряжения рассматриваемой сети; Iс.з2 - ток срабатывания предыдущей токовой зашиты 2; 0,85 - коэффициент, учитывающий неточности настройки и работы дистанционной защиты 1; 1,1 - то же для токовой защиты 2; zс.мин - наибольшее сопротивление системы до места установки дистанционной защиты 1, n - число параллельно работающих одинаковых предыдущих элементов, токовые защиты которых имеют Iс.з2 (пример 5).

Выражение (3-16) может быть представлено в несколько ином виде:




где Uc.мин.ф - минимальное значение фазного напряжения рассматриваемой сети.

Если предыдущая линия (Л2, рис. 3-8) защищается комбинированной отсечкой по току и напряжению без выдержки времени (§ 3-2), то последующая дистанционная защита согласовывается отдельно с токовым органом и органом напряжения отсечки. Для согласования с токовым органом zpaсч в выражении (3-15) определяется так же. как зона действия токовых отсечек. Для согласования с органом напряжения zpaсч из формулы (3-15) определяется с помощью выражения (3-1), т. е. при трехфазном метачлическом КЗ, поскольку за время действия мгновенной отсечки сопротивление дуги в месте КЗ не должно достигнуть существенных размеров. Принимается меньшее

из полученных по формуле (3-15) сопротивлений срабатывания zIIс.з 1.

Если предыдущий элемент защищается максимальной токовой защитой с пусковым органом минимального напряжения и с выдержкой времени, то согласование последующей дистанционной защиты должна производиться отдельно с токовым органом и с органом напряжения предыдущей защиты, причем согласование с органом напряжения - с учетом влияния активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ, поскольку при КЗ через активное переходное сопротивление зона действия (zpaсч) предыдущего органа напряжения сокращается по сравнению со случаем металлического КЗ в той же точке. Расчет производится следующим образом:

а) определяется zpaсч.мет по формуле (3-1) и вычисляется zIIс.з мет с помощью выражения (3-15), чем обеспечивается согласование защит при металлическом КЗ;

б) вычисляется zIIс.зс учетом влияния активного сопротивления электрической дуги в месте КЗ по выражениям из «Руководящих указаний по дистанционным защитам» (1966):

для ненаправленных реле сопротивления (обычно на BЛ35 кВ)



 

 

для направленных реле сопротивления (обычно на BЛ110 кВ)





где kcoпp < 1 — коэффициент, учитывающий сокращение зоны действия органа минимального напряжения предыдущей защиты при наличии электрической дуги в месте КЗ, определяется по расчетным кривым (рис. 3-10, а и б) в зависимости от напряжения срабатывания U*c.з этого органа минимального напряжения, выраженного в долях от соответствующего номинального междуфазного напряжения; kxap > 1 — коэффициент, учитывающий одновременное сокращение зоны действия последующей дистанционной защиты с направленными реле сопротивления при наличии того же активного сопротивления дуги в месте КЗ, определяется по кривым рис. 3-10, в и г в зависимости от U*c.з предыдущей защиты и отношения наименьшего сопротивления системы до места установки дистанционной защиты (zс.э) к сопротивлению защищаемой линии (zЛ1 ).

Кривые на рис. 3-10 приведены для двух значений сопротивлений электрической дуги, которые определяются падением напряжения на электрической дуге:

=0,3Uмф и 0,4Uмф. Падение напряжения (в киловольтах) на электрической дуге может быть приближенно определено по выражению:



где l - длина дуги с учетом ее «раздувания» за время действия защиты, м. При действии предыдущей защиты с временем 0,5-1 с длина дуги может превысить

расстояние между фазными проводами в 2 раза при тихой погоде, в 3—4 раза—при небольшом ветре и в 8—10 раз —при сильном ветре. Очевидно, что в расчетах следует учитывать возможность наибольшего сопротивления дуги (на рис. 3-10 кривые для показаны сплошными линиями).

Кривые на рис. 3-10 построены для двух значений φл, равных 60 и 75°. Для линий распределительных сетей 35 и110 кВ (провод АС-120) φл= 60° (при этом для направленных реле сопротивления угол максимальной чувствительности реле φм.ч должен быть примерно равен φл).

Для согласования защит в цепи линия-трансформатор 35 или 110 кВ с достаточной точностью можно пользоваться кривыми для φл=75° (рис, 3-10, б и г) поскольку при φл =75-90° коэффициенты kсопр и kхар изменяются незначительно.




Согласование с токовым органом предыдущей максимальной токовой защиты производится так же, как с максимальной защитой без пуска по напряжению - по (3-15) или (3-16).

Коэффициент чувствительности второй ступени при металлическом КЗ в конце защищаемого участка (линии Л1 на рис. 3-8)





При наличии третьей ступени защиты необходимо обеспечить kIIч =1,25; при отсутствии третьей ступени - kIIч=1,5[1]. Подключение относительно мощных

трансформаторов на ответвлениях к BJI 35 и 110 кВ может вызвать сокращение второй зоны защиты и снижение kIIч ниже требуемого. Если коэффициент чувствительности

соответствует указанным требованиям, то при условии выполнения согласования с быстродействующими защитами предыдущих участков время срабатывания для

второй ступени tIIс.з= 0,4 - 0,5 с.

Увеличение tIIс.з может потребоваться при необходимости согласования со второй ступенью защиты предыдущего участка (если сопротивление этого участка составляет менее 60 % рассматриваемого, последующего, участка). Тогда в соответствии с рис. 3-8 tIIс.з1=tIIс.з3  + Δ t. Увеличение tIIс.зможет потребоваться и по условию согласования с временем перегорания предохранителей трансформаторов ответвлений при токе I (2)к.расч [см. формулу (3-12)], при КЗ в конце второй зоны рассматриваемой защиты, тогда (рис. 3-9)





При выполнении на линии устройства АПВ допускается в выражении (3-20) не учитывать время горения дуги в предохранителе.

Пусковой орган (третья ступень). В существующих дистанционных защитах пусковой орган выполняется в виде максимальной токовой (направленной или ненаправленной) защиты или дистанционной защиты. К первой группе относятся, например, панели ПЗ-152, ПЗ-З, устройство защиты БРЭ-2701 (для линий 35 кВ), ко второй - ПЗ-153, ПЗ-4 (для линий 35 кВ), панели ЭПЗ-1636, микроэлектронная дистанционная и токовая защита (шкаф) типов ШДЭ-2801 и ШДЭ-2802 (для линий 110 кВ и выше). Современные цифровые защиты для линий 110 кВ и выше (отечественные и зарубежные) здесь не рассматриваются.

Условия расчета уставок для токового пускового органа такие же, как для максимальной токовой защиты (§3-1). Для дистанционного пускового органа сопротивление срабатывания выбирается из условия несрабатывания (отстройки) при минимальном сопротивлении zсзп в режиме самозапуска нагрузки. Для реле полного сопротивления (ненаправленных, например, в защитах типа ПЗ-153, ПЗ-4) сопротивление срабатывания




где Uс.мин.мф - минимальное значение междуфазного напряжения в месте установки защиты в условиях самозапуска двигателей, должно определяться расчетом, ориентировочно может быть принято равным (0,8 - 0,9) Upaб.мин; kсзп - коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение тока при самозапуске двигателей, ориентировочно может приниматься равным 1,5 - 2,0 в зависимости от конкретных условий и должен уточняться расчетом; Iраб.макс - максимальное значение первичного рабочего тока в защищаемой линии; kн - коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2; kв - коэффициент возврата реле (для ненаправленных реле сопротивления в защитах ПЗ-153 kв = 1,05, в защитах ПЗ-4 kв >= 1,2).

Для направленных реле сопротивления, у которых угол максимальной чувствительности совпадает с утлом линии φл (защиты ВЛ 110 кВ),



где φл и φраб - углы полного сопротивления соответственно линии и нагрузки в рассматриваемом режиме после отключения внешнего КЗ: kв = 1,05.

Однако выбранное по выражениям (3-21) и (3-21а) сопротивление zIIIс.з, может быть, придется уменьшить по условию согласования с предыдущими защитами линий или трансформаторов. Согласование с последними производится в тех случаях, когда при выбранном по формулам (3-21) или (3-21 a) zIIIс.з защита может действовать при КЗ за трансформаторами на ответвлениях или на противоположных подстанциях. Условия согласования такие же как для второй ступени (см. выше). При необходимости обеспечения дальнего резервирования «Правила» [1] допускают не согласовывать чувствительность резервных ступеней защит.

Время срабатывания третьей ступени принимается на ступень Δ t больше времени срабатывания третьей ступени предыдущей дистанционной или максимальной защиты, или на ступень Δt больше времени срабатывания второй ступени предыдущей дистанционной защиты при условии согласования с ней сопротивления срабатывания по выражению, аналогичному (3-13). Согласование по времени является весьма желательным и для третьих ступеней дистанционных защит во избежание их неселективных действий при КЗ через переходное сопротивление на предыдущих элементах.

Коэффициент чувствительности определяется так же, как для второй ступени. Для основного участка необходимо обеспечить kч >= 1,5, для резервной зоны - kч >= 1,2. Повреждения за трансформаторами небольшой мощности обычно не удается резервировать, что допускается «Правилами» [1].

Сопротивление срабатывания реле определяется по выражению





где z <ыги>с.з - первичное сопротивление срабатывания защиты (первой, второй или третьей зон); nт, nн - коэффициенты трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения; kсх коэффициент схемы, который при включении реле сопротивления на междуфазные напряжения и разность фазных токов равен 1, а при включении реле

сопротивления на междуфазные напряжения и фазные токи равен √ З (последнее относится к пусковому органу защит типа ПЗ-153 и ПЗ-4 для BЛ 35 кВ).

Регулировка уставок реле сопротивления производится ступенчато, изменением числа витков обмоток автотрансформаторов напряжения и трансреакторов. Проверка выбранных уставок по току точной работы производится в зависимости от типа защиты по соответствующим инструкциям.

Реле тока нулевой последовательности (РТ0) дистанционных защит BJI 35 кВ типов ПЗ-152 и ПЗ-153 (обозначаемое 9РТ0). Ток срабатывания реле 9РТ0 выбирается из условия отстройки от максимального тока небаланса Iнб, который может возникнуть при междуфазном КЗ в месте установки защиты за счет погрешностей трансформаторов тока:



где kн= 1,25 - коэффициент надежности; kапер= 2 - коэффициент, учитывающий переходный режим (наличие апериодической составляющей тока КЗ); ε -относительная максимально возможная погрешность трансформаторов тока при КЗ в месте установки защигы, может приниматься равной 0,1; Iрасч - первичный расчетный ток металлического трехфазного КЗ в месте установки защиты. Если на линии установлена токовая отсечка, Iрасч в выражении (3-23) принимается равным току срабатывания отсечки Iс.o.

Коэффициент чувствительности реле РТo должен быть большим или равным 1,5 при двойном замыкании на землю в конце третьей зоны. Ток двойного замыкания на землю можно приблизительно считать равным току двухфазного КЗ. Для повышения чувствительности 9РТo рекомендуется устанавливать реле типа РНТ-565 и при этом в выражении (3-23) можно принимать kaпep = 1.

В дистанционных защитах BJI 35 кВ типа ПЗ-З и ПЗ-4, согласно заводской информации, аналогичное по назначению реле тока нулевой последовательности РТo выполнено с торможением от токов фаз А и В начиная со значений тока, равных 1,4Iном. Реле имеет две уставки: 0,5 и 1 А. Выполнение этого реле с торможением позволяете практически всегда принимать без расчета Iс.р = 0,5 А, поскольку при этом обеспечивается достаточная чувствительность при двойных замыканиях на землю в пределах зоны действия защиты, а также необходимая отстройка от практически возможного тока небаланса в нулевом проводе защиты при симметричной нагрузке или симметричном токе удаленного КЗ, большем или равном 1,4Iном. После включения защищаемой линии под нагрузку и обязательного измерения тока небаланса в нулевом проводе защиты (Iнб.изм) следует убедиться, что при уставке 0,5А реле надежно отстроено от возможного тока небаланса, а именно:





где Iнагр - ток защищаемой линии (первичный), при котором производилось измерение тока небаланса Iнб.изм; kн= 1,5 - 2,0; Iном - номинальный ток (первичный) трансформаторов тока защищаемой линии (см. пример 5).

Выбор коэффициента компенсации при двойных замыканиях на землю для ненаправленного дистанционного органа дистанционных защит линий 35 кВ.

Дистанционный орган должен реагировать на все виды повреждений в первой и второй зонах, для чего в нем предусмотрены соответствующие переключения в цепях тока и напряжения: при междуфазных КЗ к реле подводится междуфазное напряжение и разность фазных токов, а при двойных КЗ на землю-фазные напряжения и фазные токи с компенсацией тока нулевой последовательности. Коэффициент компенсаций (обозначаемый для защит типа ПЗ-152 и ПЗ-153 - kт , а для защит типа ПЗ-З, ПЗ-4 - k0 определяется по следующему выражению:

где z1, z0 -сопротивления прямой и нулевой последовательностей защищаемого участка сети 35 кВ.

Для одноцепных линий 35 кВ без грозозащитных тросов z 0=3.5z1 и kT (o) = 0,83; для таких же линий с грозозащитным тросом z 0=3z1 и kT (o) =0,67. В схемах защит ПЗ-152 и ПЗ-153 имеется возможность устанавливать значения kт от 0,4 до 0,95. В защите ПЗ-4 kо имеет значения 0,5; 0,67; 0,83 - при всех уставках и дополнительно 0,92 - для уставки, регулируемой в цепях тока, zуст.мин = 0,6 Ом на фазу для защит с I2ном = 5 А (по заводской информации).

Уставки реле комплекта блокировки при «качаниях», используемого лишь в качестве пускового органа защит BJI 110 кВ с односторонним питанием, выбираются по возможности минимальными. Если обеспечивается достаточная чувствительность органа тока обратной последовательности при всех видах КЗ, орган нулевой последовательности может не использоваться.

Примеры расчета дистанционной защиты одиночных ВЛ 35 кВ с ответвлениями и без них

Пример 5. Выбираются уставки защит 1, 3, 5 участка сети 35 кВ, показанного на рис. 3-11,а в нормальном режиме работы. Все необходимые расчетные данные приведены на схеме сети.

Решение. Рассчитываются токи трехфазных КЗ в максимальном и минимальном режимах (с учетом активных сопротивлений BJ1 35 кВ). По результатам расчета строятся кривые 1 и 2 изменения токов КЗ (рис. 3-11, б). Все токи приведены к напряжению 35 кВ.

Рассчитывается коэффициент самозапуска; kсзп = 2. Определяются в условиях самозапуска минимальные напряжения: в месте установки защиты 1 Uмин = 29 кВ, защиты 3 Uмин = 28,5 кВ.

Выбирается ток срабатывания токовой отсечки 5 линии Л3 по условию (1-11) отстройки от КЗ за трансформатором 1,6 MB-А подстанции Д: Ic.о 5 = kн I(3)к.макс =1,4 • 275 = 385 А, где kн= 1,4 для отсечки на реле типа РТ-40.

Выбирается ток срабатывания токовой отсечки 7 трансформатора 1,6 МВ-А подстанции Г: Ic.о 7 =1,4 • 290 = 400 А. При этом k(2)ч=1,9.

Выбирается ток срабатывания селективной токовой отсечки линии Л2 по условию отстройки от КЗ в точке В подключения трансформатора ответвления 0,56 МВ*А: Iс.о3 = 1,25• 1280 = 1600 А. Отсечка защищает более 25 % линии в нормальном (максимальном) режиме (рис. 3-11,6). Коэффициент чувствительности отсечки при КЗ в месте ее установки (на подстанции Б) больше 1,2 [1].

 


Производится расчет дистанционной защиты 3 линии Л2

. а) Первая ступень. По условию (3-8)



 

 

 

где z1 = r1 + jx1 —сопротивление участка 12 км между подстанциями Б и В; jxTp.мин=130 Ом для трансформатора мощностью 0,56 MB • A (zотв= 0).

По условию (3-10) zIс.з 3<= 0,85 (zI + zII) = 0,85 • 10,4 = 8,8 Ом, где zI + zII = zЛ2=10,4 Ом (рис. 3-11, а).

Предварительно принимается zIс.з 3 =8,8 Ом и определяется время плавления предохранителя трансформатора ответвления В при токе КЗ по выражению (3-12)



По типовой защитной характеристике предохранителей, например, типа ПСН-35 для Iвс. ном = 50 А при токе 580 A tпл = 0,045 с. Поэтому время срабатывания первой ступени защиты может составлять tIс.з 3 =0,08 С.



 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) Вторая ступень. По условию (3-8) zIIс.з 3<= 115 Ом.

По условию (3-15) согласования чувствительности с предыдущей токовой отсечкой 5 линии ЛЗ




 

Сопротивление zpacч 5 определяется абсциссой точки (М) пересечения кривой 2 изменения тока КЗ I <ыгз>(2) к.мин и ординаты, равной току Iк= 1,1Iс.о 5 = 1,1*385 = 425 А,

где 1,1 - коэффициент надежности. Абсцисса точки М соответствует зоне надежного действия отсечки 5 при двухфазных КЗ в минимальном режиме питающей системы. Это же согласование может быть выполнено по формуле (3-16):



- сопротивления системы в минимальном режиме и последующей линии Л1 (рис.3-11 ,а).

Аналогично производится определение zIIс.з 3 по согласованию с предыдущей токовой отсечкой 7 трансформатора подстанции Г.

По условию (3-15)



где zpacч 7 = 0,32jxTp г - сопротивление зоны надежного действия отсечки 7, определяется графически (рис. 3-12, б) по Iк = 1,1 I с.о 7 = 1,1*400 =440 А. Это же согласование с помощью выражения (3-16):



Принимается меньшее значение zIIс.з 3 = 22,5 Ом и определяется по формуле (3-19)



 

По согласованию с отсечками 5 и 7 время срабатывания второй ступени JI2 можно было бы выбрать tIIс.з 3 = 0,4 С. Однако на ответвлении имеется трансформаторподстанции В, защищенный предохранителями. При расчетном токе, определенном в выражении (3-12):





 

 

где I(2)к.мин= 480 А при КЗ в конце второй зоны, для предохранителя с Iвс.ныом = 50 А время отключения КЗ в трансформаторе



.

 

 

Поэтому время срабатывания второй ступени должно быть tIIс.з 3>= 0,8 С. Характеристика дистанционной защиты 3 показана на рис. 3-11, в.

в) Пусковой орган (третья ступень). Первичное сопротивление срабатывания выбирается по формуле (3-21), где ток Iраб.макс следует принимать наибольшим с учетом возможных ремонтных режимов. В данном примере для ПЗ-153



где Iраб.макс=∑ Iном.Тр= 63 А Для защиты ПЗ-4 при kB = 1,2 сопротивление zIIIс.з 3 <= 93 Ом.

Работа устройств сетевых АВР на подстанциях В, Г или Д и другие случаи перегрузок в этом примере не рассматриваются.

Короткие замыкания за трансформатором подстанции В не могут резервироваться; КЗ в конце предыдущей линии ЛЗ надежно резервируются и второй, и третьей ступенями рассматриваемой защиты Л2. Время срабатывания третьей ступени защиты должно быть выбрано большим на Δ t, чем время срабатывания максимальной защиты трансформатора подстанции Г и время отключения КЗ предохранителями трансформатора подстанции В на ответвлении.

г) Сопротивления срабатывания (вторичные) для дистанционного органа выбираются по выражению (3-22):



Сопротивления срабатывания (вторичные) для пускового органа по формуле (3-22) для защиты ПЗ-4 zIIIс.p 3 = √3 (40/350) 93 = 18,5 Ом, для защиты ПЗ-153 zIIIс.p 3=20 0м.

Для дистанционной защиты типа ПЗ-153 ориентировочные уставки на регулировочном автотрансформаторе дистанционного органа первой ступени:



Отпайка на трансреакторах z0= 0,75 использована ближайшая, меньшая, чем zc p. При этом наибольшее значение тока точной работы дистанционного органа 3,5 А. Коэффициент чувствительности по току точной работы



где Iк. мин - первичный ток при КЗ в конце защищаемой линии в минимальном режиме (750 А - рис. 3-11, б); Iз.т - ток точной работы защиты (первичный); при необходимости ток точной работы реле может быть снижен.

Ориентировочные уставки на регулировочном автотрансформаторе напряжения пускового органа (реле КРС-112) выбираются по такому же выражению, как для дистанционных органов:



где N - число витков обмоток ω1 и ω2; z0 = 2 Ом на фазу; zIIIс.p ф - сопротивление срабатывания реле третьей ступени, Ом на фазу. Однако при этом надо помнить, что пусковые реле при междуфазных КЗ включены на междуфазные напряжения и фазные токи, а заводские параметры этих реле предусматривают подбор уставок на автотрансформаторе напряжения для испытательного режима двухфазного КЗ, когда сопротивление на фазу в два раза меньше расчетного сопротивления на реле, определенного по формуле (3-22), так как z(2)= U(2I). Поэтому число витков ω1+ ω2 определяется как




В пусковых реле этой защиты (КРС-112) имеется возможность выравнивать длину третьей зоны при междуфазных и при двойных КЗ на землю (в последнем случае реле автоматически переключается с междуфазного напряжения на фазное). Число витков первичной обмотки регулировочного автотрансформатора напряжения реле (ω3), предназначенной для выравнивания длин зон при переключении реле на фазное напряжение:



kт определяется с помощью выражения (3-25).

При kт =0,83 n = 0,53, ω3=79 (принимается ближайшая отпайка 78). При kт = 0,67 n = 0,48, ω3=72 (отпайка 72 имеется).

Для дистанционной защиты типа ПЗ-4 выбор положения переключателей в цепях напряжения согласно заводской информации производится по выражению



где N соответствует числу витков вторичной обмотки трансформатора напряжения этого органа, %; zуст.мин — уставка в цепях тока этого органа, выбор которой по рекомендации завода-изготовителя производится из следующих соображений: при малых значениях токов КЗ на границе зоны выбирается большая уставка, при токах КЗ, значительно превышающих токи точной работы реле, выбирается наименьшая уставка; при I2ном = 5 А имеются уставки 0,15; 0,3; 0,6 Ом на фазу. Для условий этого примера для первой ступени по формуле (3-28)



Для пускового органа предусмотрено одно значение zуст.мин = 1 Ом на фазу (при трехфазных КЗ). Выбор положения переключателей в цепях напряжения производится с помощью выражения (3-28), но с учетом того, что заводские параметры этих реле предусматривают подбор уставок при двухфазном КЗ, когда сопротивление на фазу в

3 раз меньше расчетного сопротивления на реле, вычисленного по формуле (3-22):





и для условий этого примера N =173/18,5 = 9,5, принимается 10.

В отличие от защиты типа ПЗ-153 в защите типа ПЗ-4 не предусмотрена возможность выравнивания длины третьей зоны при междуфазных КЗ и при двойном КЗ на землю, в последнем случае длина третьей зоны автоматически укорачивается примерно в два раза. Чтобы при этом не ограничивать и вторую зону защиты, следует стремиться выбирать уставку пусковых органов по крайней мере в два раза выше уставки второй ступени (zIIIс.з), если позволяет условие (3-21).

д) Определяется для реле 9РТо защиты типа ПЗ-153 по формуле (3-23)



Где Iрасч=Iс.о 3= 1 600 А.

Ток двухфазного КЗ в конце третьей зоны в минимальном режиме равен всего лишь 160 А. Следовательно, kч < 1. Для повышения чувствительности реле РТо может устанавливаться типа РНТ-565, при этом Iс.з = 200 А. Кроме того, должна быть укорочена третья зона защиты до zIIIс.з 3 = 45 Ом. Тогда I(2)к.мин = 300 А и

коэффициент чувствительности для реле РТо равен 1,5. При zIIIс.з 3 = 45 Ом резервирование КЗ на предыдущей линии ЛЗ обеспечивается, а от резервирования КЗ за трансформаторами приходится отказаться, что допускается [1].

Поскольку при токе срабатывания реле РТo, выбранном по выражению (3-23), часто не обеспечивается необходимая чувствительность, рекомендуется определять ток небаланса в реле РТо опытным путем:



где I нб.изм - ток небаланса, измеренный в нулевом проводе токовых цепей защиты при токе, равном Iнагр; Iк.макс - максимальное значение тока при трехфазном КЗ в начале защищаемой линии, при установке на линии токовой отсечки можно принимать равным Iс.о.

Ток срабатывания реле РТo (первичный)



Например, I нб.изм = 0,1 А при Iнагр = 100 А. Тогда для защиты 3 Iнб.макс = 0,1*1600/100=1,6 А. Первичный ток срабатывания реле РТо Iс.з =2*1,6*40 =128 А.

При этом kч = 160/128 = 1,25. Уменьшив сопротивление третьей зоны до 70 Ом, можно получить kч =1,5.

При установке дистанционной зашиты типа ПЗ-4 для аналогичного реле РТо принимается Iс.р= 0,5 А (20 А первичных). Для той же величины I нб.изм =0,1 А при

Iнагр = 100 по формуле (3-24) Iс.р = 0,5А > 1,75 • 0,1 • 1,4 • 200/100 = 0,49 А. Сопротивление срабатывания третьей ступени защиты 3 может быть оставлено равным 93 Ом, поскольку в пределах этой зоны реле РТo при уставке 0,5 А имеет практически всегда достаточную чувствительность.

е) Производится расчетная проверка трансформаторов тока типа ТВД-35 с nT =200/5 линии Л2 в соответствии с § 1-5. Для проверки на 10%-ную погрешность

где I(3)расч = 1200 А - максимальное значение тока при трехфазном КЗ в конце первой зоны дистанционной защиты 3. По соответствующей

кривой предельных кратностей при k10= 6 сопротивление z(3)н.доп = 1,15 Ом; при двух последовательно соединенных одинаковых обмотках ТВД-35 z(3)н.доп = 2,3 Ом.

Фактическое расчетное сопротивление вторичной нагрузки при трехфазном КЗ z <ыгз>(3) н.расч = rпр + zp + rпер, где zp — сопротивление фазы цепи переменного тока панели дистанционной защиты: для ПЗ-153 zp <= 0,8 Ом; для ПЗ-4 по заводской информации zp <= 1,05 Ом при I2ном = 5 А и питании от постороннего источника оперативного тока; для ПЗ-4 вместе с устройством автономного питания оперативных цепей zp <= 3,8 Ом. В условиях эксплуатации эти величины должны быть измерены; в зависимости от уставок сопротивление панели ПЗ-4 может быть меньше указанных максимальных значений.

Дополнительно следует вычислить z(1.1)н.расч, поскольку при двойном замыкании на землю, так же как при однофазном удваивается сопротивление проводов: z(1.1)н.расч =

=2rпр + zр.ф-0 + rпер где zр.ф-0 — сопротивление петли фаза —нуль цепи переменного тока панели дистанционной защиты. При больших сопротивлениях соединительных

проводов z(1.1)н.расч может превосходить z(3)н.расч .

Для условий данного примера, приняв rпр = 0,2 Ом, rпер = 0,1 Ом, получаем для панели защиты ПЗ-153: z(3)н.расч = 0,2 + 0,8 + 0,1 = 1,1 Ом < z(3)н.доп; z(1.1)н.расч=  2*0,2  +

+0,8 + 0,1 = 1,3 Ом < z(1.1)н.доп = 2,4 Ом (определяется при I(2)расч = I(2) к.макс =0,865 * 1 200 = 1 050 A, k(2) 10 = 5,3). При этом учитывалось, что по данным эксплуатации для панели ПЗ-153 сопротивление петли фаза - нуль цепи переменного тока не превышает сопротивлений каждой из фаз (0,8 Ом).

Для защиты ПЗ-4: z(3)н.расч= 0,2 + 1,05 + 0,1 = 1,35 Ом < z(3)н.доп; z(1.1)н.расч =2*0,2+ 1,05 + 0,1 = 1,55 Ом < z(1.1)н.доп = 2,4 Ом (см. выше). Вместе с устройством

автономного питания защиты ПЗ-4 z(3)н.расч = 0,2 + 3,8 + 0,1= 4,1 Ом > z(3)н.доп , в связи с чем следует рассмотреть возможность включения защиты и устройства питания на разные обмотки трансформаторов тока или перехода на больший коэффициент транс­формации трансформаторов тока или установки более мощных трансформаторов тока. Надежность работы реле проверяется при КЗ в месте установки защиты: Iк.макс =2 400 А; kмакс = 2 400/200 = 12; k10доп определяется по соответствующей кривой

предельных кратностей для zн.расч/2 (при двух последовательно включенных одинаковых обмотках ТВД-35) - k10доп=10 при zн.расч =1,35/2 = 0,67 Ом для ПЗ-4; коэффициент А = kмакс/k10доп = 12/10 = 1,2; f < 20 %, что обеспечивает надежную работу дистанционных реле и реле направления мощности.

Выбирается ток срабатывания токовой отсечки 1 линии Л1 по условию отстройки от КЗ в конце линии: Ic.о1 = 1,25 • 2 240 = 2 800А. Коэффициент чувствительности при КЗ в месте установки отсечки: при трехфазном КЗ в максимальном (нормальном)

режиме энергосистемы 4277/2800 = 1,5 > 1,2 [1]. В этом же режиме отсечка защищает более 50 % длины линии (рис. 3-11, 6).



 

Рассчитывается дистанционная защита линиибез ответвлений Л1 (защита 1, рис. 3-11).

а) Первая ступень. По условию (3-10):

По условию (3-14) отстройки от КЗ за трансформаторами подстанции Б, работающими параллельно,



Время срабатывания tIIс.з 1, = 0,5 с (трансформаторы подстанции Б оборудованы дифференциальной защитой).

в)     Пусковой орган (третья ступень). Выбор сопротивления срабатывания, по выражению (3-21), производится так же, как для защиты 3 линии Л2 с той лишь разницей, что Uмин = 29 кВ (из этого примера) и Іраб. макс =260 А. Предварительно принимается для ПЗ-153 zIIIс.з 1= 26 Ом, для ПЗ-4 zIIIс.з 1=22,5 0м. Третья ступень резервирует КЗ в конце предыдущей линии Л2, а также на шинах низшего напряжения подстанции Б при параллельной и при раздельной работе трансформаторов. В связи с последним производится согласование чувствительности (по току) третьей ступени дистанционной защиты 1 линии Л1 с предыдущими максимальными защитами трансформаторов подстанции Б (Iс.зБ = 210 А, рис. 3-13, а). При выполнении этих максимальных защит по схеме треугольника (рис. 2-1, в и г) и схеме соединения обмоток этих трансформаторов 



(стандартный случай) согласование производится при двухфазном КЗ по формуле (3-16) при параллельной работе трансфоматоров (n = 2)

          

:



Принимается для ПЗ-153 zIIIс.з 1 = 24,3 Ом; для ПЗ-4 - выбранное ранее по формуле (3-21) zIIIс.з 1 =22,5 Ом.

Если на трансформаторах подстанции Б максимальная защита выполнена с пусковым органом напряжения (схема пускового органа соответствует рис. 2-11, б), необходимо дополнительно произвести согласование третьей ступени дистанционной защиты 1 с этим пусковым органом напряжения. Согласование производится для наиболее тяжелого случая трехфазного КЗ через переходное активное сопротивление при максимальном режиме питающей системы. Сначала по выражению, аналогичному (3-15), определяется сопротивление zIIIс.з 1 при металлическом трехфазном КЗ (рис.3-13, б)



:

сопротивление zpaсч определяется по выражению (3-1)

наименьшее сопротивление до места установки трансформатора напряжения ТН, от которого питаются пусковые органы напряжения максимальных защит Тр1 и Тр2 подстанции Б (рис. 3-13, б).

Для учета влияния переходного активного сопротивления в месте КЗ по выражению (3-17)



где kсопр=0,83, получен с помощью кривой kсопр = f (U*с.з) на оис.3-10. б при максимально возможном значении падения напряжения на дуге для

U*с.з= 0,6 и φл = 750 .

Окончательно принимается меныцее из полученных при согласовании zIIIс.з 1 = 20,7 Ом.

Из этого расчета видно, что при прочих равных условиях сопротивление срабатывания (чувствительность) дистанционной защиты линии может быть выбрано тем выше, чем больше Uс.з и чем меньше Iс.з предыдущих трансформаторов или линий. В свою очередь, увеличение уставок по сопротивлению третьих зон дистанционных защит облегчает согласование с этими защитами максимальных токовых защит последующих (питающих) трансформаторов и автотрансформаторов (см. пример 8). В общем случае повышение чувствительности защит предыдущих элементов облегчает условия выбора уставок защит последующих элементов.

Время срабатывания третьей ступени выбирается на Δ t больше, чем tc.з Б= 2 с (максимальной защиты трансформаторов подстанции Б), т. е. tIIIс.з 1 = 2,5 с. Наряду с этим

проверяется выполнение согласования чувствительности со второй ступенью предыдущей дистанционной защиты 3 по условию, аналогичному (3-13):



Если принято большее значение zIIIс.з 1 то согласование по чувствительности и по времени производится с третьей ступенью защиты 3, если меньшее. - то со второй ступенью: tIIIс.з 1 = tIIс.з 1 + Δt = 0,8 + 0,4 = 1,2с. Принимается окончательно большееначение: tIIIс.з 1 = 2,5 с.



г) Расчет сопротивлений срабатывания (вторичных) для дистанционного и пусковых органов, определение тока точной работы, выбор уставок реле тока нулевой последовательности (РТо), расчетная проверка трансформаторов тока типа ТВД-35 с nT = 400/5 производятся так же, как для защиты 3. Согласование выбранных уставок защиты 1 с уставками последующей защиты питающего трансформатора (подстанции А) осуществляется так же, как в примере 8.

Пример 6. На рис. 3-14, а приведена схема линии 35 кВ с относительно мощным трансформатором на ответвлении Б. На рис. 3-14,6 приведены характеристики дистанционной защиты 1 и максимальной защиты 2, полученные в результате расчета, который выполнен аналогично предыдущему (пример 5). Малая длина второй зоны защиты 1 вызвана необходимостью отстройки от КЗ за трансформатором ответвления по условию (3-8). Третья ступень защиты на этой линии является и основной и резервной. Для ускорения отключения КЗ после АПВ линии следует использовать цепь ускорения третьей ступени после АПВ.

23 Октябрь, 2014              11178              ]]>Печать]]>
1 / 1 ( Очень плохо )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Дva plus trи ? (цифрой)

Вверх страницы