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] Сигнализация на подстанциях [14] 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] Реле [9] Токовая направленная защита [9] Защита электродвигателей [9] Правила выполнения схем РЗА [8] Проверка защиты первичным током нагрузки и рабочим напряжением [8] Защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью [8] Высокочастотные защиты [7] Защита предохранителями и автоматическими выключателями [7] Защита трансформаторов и автотрансформаторов [7] Защита воздушных и кабельных линий электропередачи [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 [4] Оперативный ток [4] Особенности защиты линий и трансформаторов, подключенных к линиям без выключателей на стороне высшего напряжения [3] Общие сведения [3] Управление выключателями [2]

2-4. Примеры расчета максимальной токовой защиты с пуском по напряжению ( вольтметровой блокировкой)

РАСЧЕТЫ ЗАЩИТ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

2-4. Примеры расчета максимальной токовой защиты с пуском по напряжению

Пример 5. Выбираются уставки максимальной защиты с пуском по напряжению двух трансформаторов по 10 MB-А, работающих раздельно по схеме, аналогичной рис. 2-10. Ток трехфазного КЗ через один трансформатор при повреждении на шинах 10 кВ в минимальном режиме системы и при наибольшем сопротивлении трансформатора равен 300А, приведенным к напряжению 110 кВ. Коэффициент самозапуска, определенный приближенным методом для обобщенной промышленной нагрузки в максимальном режиме системы и при наименьшем сопротивлении трансформатора, равен 2,8 (аналогично предыдущему примеру).

Решение. Выбирается ток срабатывания максимальной токовой защиты. В учебных целях вначале определяется ток срабатывания по выражению (1-1) для максимальной защиты без пуска по напряжению и проверяется коэффициент

чувствительности защиты. Ток срабатывания 1С З = 1,2 • 2,8- 50/0,8 = 210 А. При пт = 150/5 и схеме защиты по рис. 2-1, в или г ток 1с.р — 210 • 1,73/30 = 12,1 А. Минимальное значение тока в реле при КЗ 1р = 1,5 • 300/30 = 15 А, а коэффициент

чувствительности к(ч2) = 15/12,1 = 1,24 < 1,5.

Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты устанавливается типовой пусковой орган напряжения (рис. 2-11, а). Ток срабатывания этой защиты по выражению (1-1) при ксзп = 1 равен 1,5 номинального тока трансформатора:         1с.3 = 1,5-50 = 75 А. По условию согласования с защитой

секционного выключателя Ic3 — кнс- 1с.3св ~ ЬЗ -53—69 А, где кн с — 1,3 (табл. 2.4); 1с.з сб = 53 А - ток срабатывания максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению на секционном выключателе 10 кВ (ток приведен к напряжению 110 кВ). Максимальное значение рабочего тока СВ принято равным 0,7 номинального тока трансформатора (35 А).

Выбирается 1СЛ = 75 А; 1ср= 75-1,73/30 = 4,3 А. Коэффициент чувствительнос­ти по току кчт = 3,5. Улучшаются и условия дальнего резервирования (в данном примере коэффициент чувствительности в зоне резервирования не определяется).

Выбирается напряжение срабатывания комбинированного пускового органа напряжения в соответствии с формулой (2-21):

Uc, = 0,8 UHOM/( 1,1 - 1,2) = 0,58 UH0M = 0,58 • 10 000 = 5800 В,

где U



мин 0,8UHOM.

Напряжение срабатывания реле типа РН-54/160 (реле 1 на рис.2-11, а)

где пн - коэффициент трансформации трансформатора напряжения, установленного на шинах 10 кВ, от которого питаются реле комбинированного пускового органа защиты.

Напряжение срабатывания фильтра-реле 2 (рис.2-11, а) согласно выражению (2-20) Uc.p= 6 В, что соответствует минимальной уставке реле типа РНФ-1М с пределами уставок 6+12 В

Выбирается время действия защиты и производится расчетная проверка параметров трансформаторов тока так же, как в предыдущих примерах.

Пример 6. Выбираются уставки максимальной токовой защиты трансформатора (115 ± 16 %) кВ/6,6 кВ, 16 МВ-А, питающего промышленный район (рис. 2-12, а). Ток трехфазного КЗ через трансформатор при повреждении на шинах 6 кВ (точка К1) в минимальном режиме системы и при наибольшем сопротивлении трансформатора равен 430 А, приведенным к напряжению ПО кВ, или 8200 А приведенным к напряжению 6 кВ. Наибольшее значение тока при таком же повреждении равно соответственно 820 или 12 000 А. Наибольшие ток и время срабатывания максимальных защит 1 отходящих реактированных линий 6 кВ равны 800 А и 1,5 С при 600 % 1СЗ (реле РТ-80), причем две линии работают параллельно.

Решение. Выбирается ток срабатывания максимальной защиты с пуском по напряжению. По выражению (1-1) при kC3n = 1 1сз2 = 140 А, приведенным к напряжению 110 кВ.

По условию согласования чувствительности с защитами двух отходящих параллельных линий (п = 2) ток срабатывания защиты 2 трансформатора 1С32 > 1,3 5 х х(2-800 + 800) = 3250 А или 188 А, приведенным к напряжению 110 кВ, где кнх = 1,35 (табл. 2-4); суммарный ток нагрузки неповрежденных линий 6 кВ принят равным 800 А. При этом 1С.Р2 = Ю,8 А. Расчетный ток в реле (табл. 2-1) равен 21,5 А. Коэффициент чувствительности по току равен 2.


 

Выбирается время срабатывания первой ступени защиты 2 (действующей на отключение выключателя 6 кВ) таким образом, чтобы при токе 1СЗ 2 = 3 250 А обеспечить необходимую ступень селективности с характеристикой 1" которая представляет собой «суммарную» характеристику защит 1 двух предыдущих параллельных линий, сдвинутую вправо на отрезок, равный суммарному току нагрузки неповрежденных предыдущих линий (рис. 2-12, б). Построение «суммарных» характеристик показано в Главе 1. Из рис.2-12, б видно, что при 1СЗ 2 = 3 250 А

пришлось бы выбрать tC 32 « 5 С, что, очевидно, нецелесообразно.

Для уменьшения времени действия защиты 2 трансформатора (без изменения типов и уставок защит 1 параллельных линий) возможны два варианта: а) увеличение тока срабатывания защиты; б) применение пускового органа напряжения, состоящего из трех минимальных реле напряжения (рис. 2-11,6).

По первому варианту следует выбрать наибольший возможный ток срабатывания

защиты 2, обеспечивающий к^сн = 1,5. Это ток находится следующим образом:



приведенным к напряжению 110 кВ, или 4350 А, приведенным к напряжению 6 кВ. При токе 4 350 А время срабатывания защит / составляет 2,5 С (кривая 1" на рис. 2-12, б), причем защиты 1 работают в зависимой части характеристики. Приняв

At = 0,7 С, получим tc з2 > 3,2 с (штриховая характеристика 2 на рис. 2-12, б).

По второму варианту принимается первоначально выбранный по формуле (1-1) I С32 = 140 А (2 440 А, приведенным к напряжению 6 кВ), затем определяется значение тока КЗ, называемого током согласования 1соГЛ, при котором уже обеспечивается согласование по току и времени зашит 2 и /. При выборе значения 1С<)ГЛ определяющим может быть желание выбрать меньшее tc 32- В данном примере, выбрав 1согл = 4 800 А, можно принять tc 32 = 2,8 С при той же At = 0,7 С по отношению к характеристике 1" (рис. 2-12, б). По току 1согл определяется напряжение срабатывания пускового органа защиты 2, обеспечивающее бездействие защиты по напряжению при повреждениях с токами КЗ, меньшими, чем Агл- Характеристика защиты 2 (140 А и 2,8 С) показана на рис. 2-12, б сплошной линией; хорошо видно, что без пускового органа напряжения защита 2 неселективна.

Напряжение срабатывания пускового органа может определяться аналитически и графически. Для аналитического определения составляется уравнение:



где 1согл - наименьшее значение тока КЗ, при котором обеспечивается согласование последующей защиты с предыдущей по току и по времени (или только по току); UC.MHH — фазное напряжение системы в минимальном режиме; (zc мин + z.,p MaKC) — наибольшее сопротивление системы и питающего трансформатора до места включения трансформатора напряжения ТН, от которого питается пусковой орган защиты этого

трансформатора (рис. 2-12, a); zpac4 - сопротивление участка сети от шин подстанции, где включен ТН (точка К1), до места КЗ (точка К2 на рис. 2-12, а). Из выражения (2-25)



Минимальное остаточное напряжение в месте установки трансформатора напряжения, от которого питаются пусковые реле (точка К1),

Напряжение срабатывания минимальных реле напряжения, при котором осуществляется пуск защиты,

где пн - коэффициент трансформации трансформатора напряжения, кн - коэффициент надежности, значение которого зависит от конкретных расчетных условий; в данном примере можно принять kH = 1, поскольку при 1согл = 4 800 А уже имеется At = 0,7с, чем и обеспечивается надежность согласования (см. также следующий пример).

Для условии этого примера по формуле (2-26)



где zc мин +zTp MaKC = 0,45 Ом - из расчета токов КЗ. В сопротивление zpaC4 входят сопротивления реакторов (рис. 2.12, а) типа РБА-600-8%: z^J 2 — Xj/ 2 = 0,23 Ом, и кабельных линий (0,08 Ом), причем преобладающее сопротивление реакторов позволяет считать Zpac4 индуктивным сопротивлением (как будет показано в следующем примере, это допущение создает расчетный запас). Сопротивления системы и питающего трансформатора также можно считать индуктивными.

По выражению (2-27) U(3^ocr =л[3-4 800 • 0,31 = 2600 В, или 41 % Ucp , где иср=6 300В.

По формуле (2-28)



Значение              может   быть определено и графическим путем. Для этого на карте

селективности (рис. 2-12, б) проводится прямая SK, представляющая собой геометрическую сумму падений напряжения от тока 1^шн в сопротивлениях системы,

трансформатора и ZpaC4 при индуктивном характере этих сопротивлений (фк = 90°), как было принято выше, при минимальном сопротивлении системы и трансформатора. Эта геометрическая сумма, очевидно, равна междуфазному напряжению (ЭДС) системы, в данном случае 6,3 кВ. Для построения прямой SK на оси ординат откладывается в удобном масштабе отрезок OS, соответствующий Uc= 6,3 кВ = 100 % при 1к = 0, а на оси абсцисс - отрезок О К, соответствующий минимальному току при

трехфазном КЗ, на шинах низшего напряжения (точка К1 ), когда U^— 0. В данном примере 1<2,ин = 8 200 А (рис. 2-12, а).

Оста/очное напряжение на шинах, где включен ТН, при токе 1^1ИН = А™ определяется ординатой точки М, расположенной в месте пересечения прямой SK с абсциссой 1С0ГЛ . Из рис. 2-12, б видно, что « 41 %.

Если, допустим, имеется возможность принять tC32 несколько большим, например 3,5 с, то при той же At = 0,7 С выбирается А™ = 4 ООО А, и тогда по рис. 2-12, б легко определить U®.

= 52 %, а затем по формуле (2-28) Uc.p= 54,5 В.

Как видно из рис. 2-12, б, в максимальном режиме (прямая SK') условия согласования защит 2 и 7 улучшаются. По значению выбранной уставки                                                            = 41%

определяется положение точки N, которой соответствует 1К = 7 ООО А, когда

At2_i >1с.

Пример 7. Для условий предыдущего примера производится согласование по току и по напряжению максимальной токовой защиты с пусковым органом из трех реле напряжения по рис. 2-11, б (2) и максимальных защит (7) на отходящих кабельных линиях (рис. 2-13, а) (с вольтметровой блокировкой). В отличие от примера 6 на кабельных линиях реакторы не установлен



Для нереактированных кабельных линий или воздушных линий малого сечения - согласование по напряжению при токе А™ (см. предыдущий пример) происходит легче, поскольку наличие активной составляющей сопротивления zpac4 обусловливает более высокое остаточное напряжение, чем при реактивном сопротивлении до места КЗ. Это видно из рис. 2-13, б, на котором построен треугольник падения напряжения в сопротивлениях системы (V), трансформатора (хтр) и zpac4 (со значительной активной составляющей). Основание этого треугольника SK представляет собой геометрическую сумму падений напряжения в сопротивлениях системы, трансформатора и zpac4 при трехфазном КЗ в точке К, сторона SA - падение напряжения в реактивных сопротивлениях системы, трансформатора и в реактивной

составляющей сопротивления zpaC4, сторона АК - падение напряжения в активной составляющей сопротивления zpaC4. Угол при вершине этого треугольника постоянный (90°). Угол фк определяется отношением г и х полного сопротивления до точки КЗ К zK=j (Хс + хтр) + zpaC4. При различных значениях фк вершина А треугольника падений напряжения скользит по дуге окружности с радиусом 0,5Цмф. При выбранном токе Iconi, который требуется по условию согласования с предыдущей защитой по току или по времени (см. пример 6), легко графически определить остаточное напряжение в месте установки трансформатора напряжения ТН, от которого питается пусковой орган напряжения максимальной токовой защиты трансформатора, при любом значении фк:

Uост <рк - Например, при фк = 90° треугольник падений напряжения превращается в

прямую SK (как показано на рис. 2-12, б). При этом отрезок SM представляет собой падение напряжения при токе Ап, в сопротивлениях системы и трансформатора (на рис. 2-13,6 - равно 0,6Цмф), а отрезок КМ - падение напряжения в сопротивлении zpaC4, если оно является индуктивным. Отрезок КМ соответствует U*OCT в месте установки ТН (в данном примере 0,411мф).

При значениях фк < 90°, что свидетельствует о наличии активной составляющей в zpac4, точка М перемещается по дуге окружности с радиусом SM (поскольку значения Агл> Хс и хтр для каждой расчетной схемы постоянны) до пересечения со стороной SA или АК в точке М'. Радиус КМ' представляет собой возросшее падение напряжения в сопротивлении Zpac4 {за счет увеличения тока КЗ), он всегда больше отрезка КМ. Радиусом КМ' точка М' переносится на основание треугольника SK (точка М"). Отношение отрезков КМ и КМ" обозначается коэффициентом



который показывает, насколько возрастает остаточное напряжение в месте установки ТН при наличии активной составляющей сопротивления zpac4 по сравнению с UOCT при Фк=90°.

Из рис. 2-13, б видно, что при принятых здесь значениях фк = 60° и LA = 0,4 А =0,57/0,4 = 1,42. Зависимости ку — f(lJ*c_3— U*0CT; фК) показаны на рис. 2-14 [8].

Для определения фк предположим, что zpaC4 представляет собой сопротивление кабелей, и примем фрасч = 20° (АС-150). Тогда

Решение. Для условий данного примера при А™ — 4800 А, приведенным к напряжению 6 кВ, и V + хф = 0,45 Ом полное сопротивление до точки КЗ определяется по формуле (2-25):

Определение двух неизвестных (ZpaC4 и фк) производится графически (рис.2-15, а) путем построения треугольника сопротивлений. От конца В отрезка АВ, равного Хс + +хтр= 0,45 Ом, откладывается под углом 90° + фрасч = 90° + 20° =110° прямая BD произвольной длины. Из начала А того же отрезка А В радиусом, равным zK = 0,76 Ом, проводится дуга до пересечения в точке С с прямой BD. Отрезок ВС равен zpaci|, т.е. 0,47 Ом. Угол фк= 54°.

Определив фк, можно построить треугольник падений напряжения (рис.2-13, б) - для этого значения угла полного сопротивления до точки КЗ. Для удобства дальнейших расчетов треугольник падений напряжения совмещается с картой

селективности (рис. 2-15, б - для фк = 54°) так же, как это было выполнено в предыдущем примере (рис. 2-12, б). На рис. 2-15, б по току 1согл = 4 800А определяется точка М, ордината которой U*0CT = 0,41 (41 % иф. мф) при фк = 90°. Радиусом SM определяется положение точки М' на отрезке SA. Затем радиусом КМ' точка М' переносится на прямую SK, представляющую собой геометрическую сумму падений напряжения до места КЗ (точка М,г). Ордината точки М" соответствует остаточному напряжению в месте установки ТН при значении фк = 54°: U*0CT фк = 0,62, т. е. значительно выше, чем при фк = 90°.

Однако в общем случае принимать полученное при фк < 90° значение U*0CT в качестве рабочей уставки опасно, поскольку даже в сетях с большими активными сопротивлениями линий угол фраСч может оказаться значительно большим, чем 20° (как было принято выше), например при КЗ в близко подключенном трансформаторе 6 (10)/0,4 кВ небольшой мощности (при отказе его собственной защиты, выключателя

или предохранителей), для которого фрасч ~ 80°. В связи с тем что такая возможность не исключается, в практике эксплуатации распределительных сетей принято в расчете на наихудший случай выбирать Uc-3 по U*0CT без учета активной составляющей сопротивления до места КЗ. При этом, когда U*0CT получается равным 0,4+0,45,

допустимо принимать U*C3 = U*()CT без какого-либо коэффициента надежности [см. формулу (2-28)], поскольку надежность бездействия максимальной защиты при

данных условиях обеспечивается не только ступенью селективности At2_i (рис. 2-15, б), но и в некоторой степени коэффициентом ку, который даже при наиболее тяжелых условиях: и*ост = 0,4 и фк = 80° (г/х = 0,2), составляет около 1,5 (рис. 2-14). При U*oct > 0,4 и фк < 80°

значения ку возрастают и надежность согласования увеличивается. Если по расчету требуется U*C3 < 0,4, то необходимо реконструи­ровать предыдущие защиты с целью снижения их тока и времени срабатывания .

В конкретных расчетных случаях, когда для всех точек КЗ на предыдущих

элементах могут быть определены значения фраСч и fK «90° и имеется необходимость увеличения Ua3 (для улучшения согласования последующих защит), допустимо принимать



где U*ocx = и*с.3 при фк = 90°, ку - коэффициент [см. формулу (2-29)], который для ориентировочных расчетов может определяться по кривым на рис. 2-14 для U*0CT = =и*с.з ( при фк = 90°) и для всех расчетных значений фк, после чего принимается наименьшее значение ку; кн = 1,1 +1,2 - коэффициент надежности .

Как видно из рис. 2-14, коэффициент ку при определенных условиях может значительно превышать 1. Например, при U*c3 = 0,4 и фК = 35 + 45° ку =1,8 + 2; при и*с з = 0,5 и фК = 30 + 35° ky = 1,6 + 1,7. Следует поэтому напомнить, что, как правило, ис.3 > 0,65UHOm не принимается по условию отстройки от возможных эксплуатационных снижений напряжения [3].

Пример 8. Выбираются уставки максимальных токовых защит трехобмоточных трансформаторов с N = ( 115 ± 10 %) кВ/(38,5 ± 5 %) кВ/11кВ, SHavnp=10MB-A (рис. 2-16).

На стороне 35 кВ параллельная работа трансформаторов не допускается, на стороне 10 кВ - допускается. На каждом из трансформаторов выполнено по два комплекта максимальных токовых защит с пуском по напряжению: один на стороне 10 кВ, другой стороне 110 кВ с двумя ступенями выдержки времени.

Решение. Рассчитываются токи КЗ в максимальном и минимальном режимах системы при параллельной и раздельной работе трансформаторов с учетом максимального и минимального сопротивлений трансформатора. Токи КЗ, приведенные к напряжению 110 кВ, показаны на рис. 2-16.

Рассчитывается режим самозапуска обобщенной нагрузки (считая для примера, что нагрузка распределена на сторонах среднего и низшего напряжений как 0,4 и 0,3 номинальной мощности трансформатора).

Рассчитываются уставки максимальной токовой защиты 2 с комбинированным пуском по напряжению на секционном выключателе СВ 10 кВ. По условию согласования с защитами 1 отходящих линий ток срабатывания выбран равным 650 А. Чувствительность защиты обеспечивается (при параллельной работе трансформаторов и КЗ на одной из секций 10 кВ через СВ идет ток, равный 1 950 А).

TH
Рассчитываются уставки максимальной токовой защиты 3 на стороне 10 кВ трансформатора.

а) Ток срабатывания выбирается по условию (1-1), при kc3I1 =              1. По условию согласования с защитой 2 1с.3з > 1,25 • 650 = 800 А, или 150 % 1НОм.тр- Коэффициент чувствительности защиты по току при двухфазном КЗ в основной зоне: 2,4 - при параллельной работе трансформаторов; 2,8 - при их раздельной работе на стороне 10 кВ.

б) Время срабатывания выбирается на ступень селективности 0,4 С больше, чем время срабатывания зашиты 2, т. е. 2,4 С.

Выбирается ток срабатывания защиты 6 на стороне 110 кВ по условию (1-1) при кСзп = 1. Согласование чувствительности производится с максимальными токовыми защитами 3 и 4 предыдущих элементов:

а) с защитой 3 на стороне 10 кВ этого же трансформатора: 1СЗ > 1,3 (800 + +200) =1 300 А, или 125 А, приведенным к напряжению 110 кВ, где кн-с =1,3

(табл. 2-4), 200 А - ток нагрузки на стороне 35 кВ, принятый равным 0,4 номинального тока трансформатора, приведенного к стороне 10 кВ;

б) с защитой 4 линии 35 кВ JI1: 1С.3 6 ^ U3 (200 • 38,5/115 + 17) = 109 А, приведенным

к напряжению 110 кВ, где 17 А - ток нагрузки на стороне 10 кВ, приня­тый равным 0,3 номинального тока трансформатора, приведенного к стороне 110 кВ.

Производится согласование чувствительности (по току) максимальной защиты 6

с третьей ступенью дистанционной защиты 5 ВЛ 35 кВ JI2 (Zp*3 =50 Ом).

Необходимость согласования вызывается недостаточной чувствительностью защиты 5 в зоне резервирования [1].

Наиболее тяжелым для согласования расчетным случаем является КЗ в самом начале линии через активное сопротивление такого значения, когда дистанционная защита начинает отказывать. При этом ток КЗ через последующую максимальную защиту возрастает (по сравнению с металлическим КЗ за таким же по значению полным сопротивлением линии), а сопротивление на зажимах направленного реле сопротивления уменьшается. Из характеристики 2 направленного реле сопротивления (рис. 2-17) видно, что при металлическом КЗ на защищаемой линии (при фл =

=фм.ч реле) сопротивление срабатывания защиты третьей ступени равно Zp 3, а при КЗ через активное сопротивление в начале линии zC3 = COS(pM 4 (отрезок От). Если,

например, фм.ч = 60°, то зона действия направленного реле сопротивления сокращается в 2 раза. Для реле полного сопротивления при том же КЗ зона действия не

изменяется (характеристика 2'), отрезок От' равен zp3 и условия согласования облегчаются (ненаправленные реле сопротивления применяются в защитах линий 35 и 10 кВ, направленные - линий 110 кВ и выше [3]).

Для обеспечения меньшей чувствительности последующей токовой защиты необходимо, чтобы характеристика ее срабатывания, построенная в тех же осях координат (рис.2-17, а), пересекала ось активных сопротивлений ближе к началу координат, чем точка т (или т% т.е. в точке п (или п ) соответственно. Характеристики срабатывания последующей максимальной защиты (1 и 1) представляют собой окружности, у которых положение центра определяется значением эквивалентного сопротивления системы zc3 (в которое входит и сопротивление защищаемого трансформатора) и углом этого сопротивления (на рис. 2-17 приняты углы сопротивлений системы, трансформатора и линии одинаковыми, но при практических расчетах сопротивления системы и трансформатора могут быть приняты чисто реактивными, что делает условия согласования еще более тяжелыми). Радиус окружностей определяется суммой сопротивлений Zg э и zpacw до точки п (или п ').

(ЭЛ

Ток Амакс ПРИ к3 в начале предыдущей линии через переходное активное

сопротивление гп определяется при условии, что гп = zc 3 той ступени дистанционной защиты, с которой производится согласование (обычно третьей ступени), т.е. для точки т (или т) - рис. 2-17, а. Надежность согласования обеспечивается коэффициентом кнс [см. формулу (2-1)] и учетом суммарного рабочего тока неповрежденных элементов. Это и определяет конец зоны действия последующей максимальной защиты (точки п или п’ соответственно).

Таким образом,



где гп = zc з COS(pM 4 - для направленного реле сопротивления; гп = zc3 - для реле полного сопротивления (ненаправленного). Сопротивление питающей системы и трансформатора (Хс э) принимается наименьшим из реально возможных.

Анализ выражений (2-1) и (2-31) для стандартных условий показывает, что выполнение согласования с дистанционными защитами по току требует значительного увеличения тока срабатывания последующей максимальной защиты трансформатора. Поэтому в расчете необходимо оценить реальность принятого условия rn = zc3 (или

гп = zc3C0S(pM4), для чего определяется максимально возможное переходное сопротивление электрической дуги в месте КЗ:



где AUr.MaKC - максимально возможное падение напряжения на дуге при замыкании между фазами, которое не может быть выше 0,4имф, кВ; 1^- ток КЗ, определенный по формуле (2-31), кА.

Можно принять, что при Гп.макс < 0,5 гп предыдущая дистанционная защита имеет достаточную чувствительность при КЗ в начале линии через переходное сопротивление гп < 0,5zC 3 (или гп < 0,5zC3 COS(pM 4) и ток по условию (2-31) для согласования не используется. Но при этом дополнительно следует оценить чувствительность предыдущей дистанционной защиты в ее зоне резервирования также при КЗ через активное переходное сопротивление гп макс, определяемое по формуле (2-32) при токе металлического КЗ в минимальном режиме работы системы. Зона резервирования может быть определена, например, величиной 1,5гл с учетом того, что третьи ступени дистанционных защит должны иметь кчосн > 1,5 [1]. Если же сопротивление 1,5гл существенно меньше 0,5z^*, можно вместо 1,5гл принять

о,52;”.

Чувствительность дистанционной защиты в этом случае наиболее просто и наглядно можно определить графическим методом. Для этого на диаметре окружности - характеристики срабатывания реле сопротивления (рис. 2-17, а) от начала координат откладывается в масштабе отрезок Оа, равный 1,5гл. От конца этого отрезка параллельно оси активных сопротивлений проводится прямая линия аЪ до пересечения с окружностью 2 или 2' в зависимости от типа реле сопротивления. На этой линии откладывается в том же масштабе значение гп макс (отрезок ас). Затем проводится прямая Ос, соответствующая измеряемому сопротивлению Z3. Сопротивление срабатывания направленного реле сопротивления в данном случае будет определяться

отрезком Od (z'c 3 при ф Ф фм.ч)- Для обеспечения достаточной чувствительности

защиты при КЗ в рассматриваемой точке через переходное сопротивление Гп макс необходимо, чтобы



У ненаправленного реле сопротивления (характеристика 2' на рис. 2-17, a) zC 3 не

изменяется при изменении фк и чувствительность при переходных сопротивлениях выше, чем у направленного реле сопротивления. Для ненаправленного реле сопротивления необходимо, чтобы



При k4> 1,25 согласование максимальной защиты трансформатора с предыдущей дистанционной может выполняться при металлическом КЗ в конце зоны действия соответствующей ступени (обычно третьей), поскольку при КЗ за пределами предыдущей линии (точка К2 на рис. 2-17, б) должно уже обеспечиваться согласование ее защиты 2 с защитой 3.



Если кч < 1,25, то определяется I ^акс для КЗ за сопротивлением 1,5гл в максимальном режиме системы с учетом электрической дуги:


Затем по условию (2-1) с учетом полученного значения 1^макс определяется 1С З

максимальной защиты трансформатора. При всей сложности такого расчета согласование по току максимальной защиты с предыдущей дистанционной защитой является весьма приближенным, так как использует неопределенную величину гп, зависящую от значения тока КЗ, которое, в свою очередь, зависит от гп. Поэтому согласование этих защит наилучшим образом выполняется по напряжению, если последующая максимальная защита трансформатора имеет пусковой орган из трех реле напряжения, включенных на три междуфазных напряжения (рис. 2-11, б)

Для наиболее тяжелого случая КЗ в начале линии Л2 (рис. 2-16) через активное

переходное сопротивление гп, равное по значению = 50 Ом (защита с ненаправленными реле сопротивления), ток КЗ по формуле (2-31)



где хс э макс =15,7 Ом, приведенным к напряжению 35 кВ (до точки К1).

Полученное значение тока составляет 280% 1НОм.тр5 а А, подсчитанного по формуле (2-1), составит 400 % 1НОм.тр (при кнс = 1,3) даже без учета токов нагрузки неповрежденных элементов.

Для оценки реальности возникновения КЗ, через гп = 50 Ом определяется с помощью выражения (2-32)





Принятое в расчете гп — 50 Ом более чем в 2 раза превышает гп макс — 21 Ом. Следовательно, существование такой дуги невозможно и при КЗ в начале линии через

Гп.макс < zcl защита 5 будет действовать надежно. Поэтому дополнительно

рассматривается КЗ за пределами линии 272, за сопротивлением 1,5гЛ2. Ток при металлическом КЗ в этой точке при минимальном режиме системы



Чувствительность дистанционной защиты определяется графически (рис. 2-18).

На диаметре окружности / (характеристика ненаправленного реле

сопротивления), равном z^3= 50 Ом, откладывается в том же масштабе от начала

координат отрезок Оа, равный 1,5гЛ2 =29 Ом. От конца этого отрезка проводится параллельно оси активных сопротивлений прямая аЪ до пересечения с окружностью /, На этой линии откладывается в том же масштабе значение гп_макс =21,5 Ом (отрезок ас). Затем проводится прямая Ос , соответствующая измеряемому сопротивлению: z3 = 44 Ом.

Чувствительность защиты по формуле (2-34)



Поскольку чувствительность не обеспечивается, определяется по формуле (2-31а) 1к^максПРИ КЗ за сопротивлением l,5zj[2 при гпмакс= 21,5 Ом в месте повреждения (точка с на рис. 2-18):



При определении тока срабатывания защиты 6 по условию (2-1) необходимо учесть ток нагрузки на стороне 10 кВ трансформатора (в данном примере 0,3 номинального тока), а также на стороне 35 кВ, когда обе линии 35 кВ будут питаться от одного трансформатора (для J11 максимальный рабочий ток принимается 50 А). Тогда по условию (2-1): 1С.36= 13 (400 + 45 + 50) = 643 А, приведенным к стороне 35 кВ, или 215А, приведенным к стороне 110 кВ, где кнс = 1,3 (табл. 2-4). Для

проверки чувствительности определяется по табл. 2-1 ток в реле при раздельной работе трансформаторов (схема защиты рис. 2-1, в) . При двухфазном КЗ на стороне 35 кВ (точка 762) 1р.мин — 1,73 • 310 / 30 = 17,9 А. 1ср = 215 • 1,73 / 30 = 12,4 А. Коэффициент чувствительности

17,9 / 12,4 = 1,44 < 1,5. При КЗ на стороне 10 кВ коэффициент чувствительности меньше 1.

Для повышения чувствительности максимальной защиты б трансформатора следует отказаться от согласования по току этой защиты с предыдущей дистанционной защитой 5, а выполнить согласование только по напряжению. При этом ток срабатывания защиты 6 можно принять равным 125 А, а ток срабатывания реле 125 • 1,73 /30 = 7,2 А.

Производится проверка чувствительности (по току) защиты 6.

а) При двухфазном КЗ в точке К2 к^сн = 17,9 / 7,2 = 2,5 (для двухрелейной

схемы рис. 2-1,г кч был бы в 2 раза меньше, что не допускается).

б) При двухфазном КЗ в точке КЗ на стороне 10 кВ, когда защита выполняет резервные функции; по табл. 2-1 расчетный ток в реле 1р.мин = 1,5 • 195 / 30 = 9,7 А,

где I клтин ~ 195 А — ток КЗ через каждый из трансформаторов при их параллельной работе на стороне 10 кВ и повреждении ни шинах 10 кВ (ток приведен к напряжению 110 кВ). Коэффициент чувствительности к ^сн = 9,7/7,2 =1,34 > 1,2.

в) При двухфазном КЗ в точке К5 в конце BJI 35 кВ 272 расчетный ток в реле 1р.»™ = 1,73 • 175 / 30 = 10 А; = 10 / 7,2 = 1,38 > 1,2.

Следует подчеркнуть, что схема максимальной защиты с тремя реле при соединении трансформаторов тока в треугольник (рис. 2-1, в) воспринимает двухфазные КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток звезда-звезда как трехфазное КЗ, что является преимуществом этой схемы и определяет ее применение как типовой.

При выполнении дистанционной защиты на линии 35 кВ с токовыми пусковыми органами, т.е. с третьей ступенью в виде направленной или ненаправленной максимальной токовой защиты, согласование с ней однотипной максимальной токовой защиты трансформатора облегчается.

Одновременно с проверкой чувствительности защиты б следует проверить возможность применения принципа дешунтирования ЭВ короткозамыкателя по выражению (2-2а), так же как в примере 4. При токе срабатывания ЭВ, равном 5 А и без учета действительной токовой погрешности трансформаторов тока коэффициент чувствительности для ЭВ составляет 9,7 / 5 « 2, т. е. меньше требуемых 2,4 при наличии дифференциальной защиты трансформатора.. С учетом токовой погрешности f « 20 % коэффициент чувствительности снижается до 1,6, что недопустимо. Расчетное значение тока 9,7 А принято при КЗ на стороне 10 кВ в зоне действия дифференциальной защиты трансформатора. Еще меньшее значение коэффициента чувствительности оказывается при КЗ на стороне 35 кВ, поскольку обычно устанавливаются два ЭВ в приводе короткозамыкателя 110 кВ и для такой схемы из табл. 2-2 значение ку = 2 (три реле защиты и два ЭВ). Тогда по выражению (2-2а) без учета токовой погрешности f коэффициент чувствительности для ЭВ составит 17,9/(2-5) = 1,79, а с учетом 1=20 % коэффициент чувствительности снижается до 1,44, что не допускается [!]• Таким образом, схема с дешунтированием ЭВ (ЭО) не должна применяться и в качестве источника оперативного тока следует использовать

предварительно, заряженные конденсаторы, блоки питания или аккумуляторную батарею.

Выбираются уставки реле пусковых органов напряжения защит 6, 3, 2.

а)   Напряжение срабатывания минимальных реле напряжения защиты 6 (рис. 2-11, б), включенных на шинный трансформатор напряжения 35 кВ, выбирается по

условиям (2-21) и (2-24). По условию (2-21) UC 3 < 0,6UHOM Tp (из расчета самозапуска). По условию (2-24) согласования с дистанционной защитой ВЛ 35 кВ 272



где zC 3 - наибольшее сопротивление до шин 35 кВ защищаемого трансформатора (из расчета

токов в минимальном режиме, рис. 2-16). Выбирается меньшее значение Ц.Э= 0,6 UH.Tp= 0,6-38500 = 23000 В. При пн= 35000/100 Uc.p=66 В. Поскольку определения чувствительности в основной зоне (на шинах 35 кВ) не требуется,

производится расчет kl2pe3 при трехфазном или двухфазном КЗ в конце зоны

резервирования - в конце BJT 35 кВ 272 (точка 765), в максимальном режиме системы по условию (2-23а):





т. е. резервирование на отходящей линии обеспечивается, но без требуемого запаса (кч <     1,2). Для сравнения следует отметить, что в случае применения

комбинированного пускового органа (рис. 2-11, а) к^> 1,3 - по условию (2-23), а

кч н , как обычно, значительно выше требуемого, т. е. дальнее резервирование

2

надежно обеспечивается. Однако комбинированный пусковой орган не позволяет произвести согласование по напряжению с предыдущей дистанционной защитой по причине своей высокой чувствительности к несимметричным КЗ. Выбор того или другого пускового органа (рис. 2-11, а, или б) должен производиться в зависимости от того, что является в конкретном случае более важным: согласование чувствительности защит или обеспечение дальнего резервирования. Согласование чувствительности защит важно, главным образом, в тех случаях, когда неселективное срабатывание (при отсутствии согласования) вызывает более тяжелые последствия, чем неотключение КЗ вследствие недостаточной чувствительности в зоне резервирования. При недостаточ­ной чувствительности в зоне резервирования в последнее время применяют дополни­тельные комплекты максимальной защиты трансформаторов повышенной чувствитель­ности или устройства резервирования отказов выключателей и защит отходящих линий.

б)   Напряжение срабатывания пускового органа, включенного на стороне 10 кВ, используемого для пуска максимальных защит 5 и 6 (выполненного также по схеме рис. 2-11, б, аналогично пусковому органу на стороне 35 кВ), выбирается по условию (2-21) и, при необходимости, по условию (2-24) согласования чувствительности с предыдущими защитами (если не обеспечивается согласование по току). Напряжение

срабатывания при этом должно быть несколько (на 5ч-10 %) ниже, чем напряжение срабатывания реле пускового органа предыдущей защиты, включенного на междуфазное напряжение (реле 7 на рис. 2-11, а). В данном примере принимается по формуле (2-21) для пускового органа защит 5 и 6 UC3 = 0,55 UH0M Tp = 0,55 • 11 000 = =6 000 В; ис.р = 60 В (при пн = 10 000 / 100).

в) Для реле 1 комбинированного пускового органа защиты 2 Ucp — 1,05-60 — =63 В. Для реле 2 этого же органа по формуле (2-20) LAp = 6 В. Однако надо отметить, что при установке на предыдущих линиях 10 кВ дистанционных защит предпочтительнее применить и для защиты 2 пусковой орган из трех реле напряжения (рис. 2-11,6), который позволит легко обеспечить согласование чувствительности (по напряжению) максимальной защиты 2 на СВ 10 кВ с дистанционными защитами отходящих линий 10 кВ этой подстанции по условию (2-24). Чувствительность в зоне резервирования проверяется по выражениям (2-23а) или (2-22) и (2-23) соответственно для пускового органа защит 3 и 6 и комбинированного пускового органа защиты (в данном примере не определяется).

Выбирается время срабатывания максимальной защиты 6 для первой ступени (В/) из условия обеспечения селективности с теми предыдущими защитами, с которыми производилось согласование чувствительности. Определяющим является время

срабатывания третьей ступени дистанционной защиты 5 ВЛ 35 кВ 272 (t^35 = 3,5 с),

тогда tC3B = 4 С; tcsBi = 4,5 С (рис. 2-16).

Выбираются уставки максимальной защиты с комбинированным пуском по напряжению на секционном выключателе СВ 35 кВ, который вводится в работу при отсутствии одного из трансформаторов. Поскольку через СВ может быть включена только одна из ВЛ 35 кВ, то обеспечение согласования между защитами этой линии и СВ необязательно. Поэтому выбирается tC3 св = 5,5 С (с ускорением до 0,5 С при работе АВР).Соответственно ток срабатывания защиты СВ должен быть

или 300 А, приведенным к напряжению 35 кВ.

Чувствительность защиты при КЗ на шинах 35 кВ обеспечивается. Далее должна быть проверена возможность использования максимальной защиты СВ для замены линейных защит на период их проверки.

Производится расчетная проверка трансформаторов тока в соответствии с § 1-5 так же, как в примере 4.

22 Октябрь, 2014              8898              ]]>Печать]]>
0 / 0 ( Нет оценки )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)


Вверх страницы