Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения (стр. 4 )

Определение коэффициента токораспределения для параллельных и кольцевых линий производится графически по кривым спадания (рис. 2.9), в других случаях – по схеме замещения нулевой последовательности. Выбирая коэффициент токораспределения, следует рассматривать такие режимы, когда значение максимально. При этом справедливы рекомендации по выбору режимов, указанные для отсечек первой ступени.

5. Применение органа направления мощности для отсечек вторых ступеней, установленных на концах А и Б (рис. 2.9) одной линии, определяется следующим образом. Если время и ток срабатывания отсечки на подстанции А соответственно больше времени и тока срабатывания отсечки подстанции Б:

и ,

то на подстанции А защита выполняется ненаправленной, а на подстанции Б – направленной.

В остальных случаях обе защиты, как правило, принимаются направленными.

Рис. 2.9. Графическое определение коэффициента токораспределения для согласования земляных защит

6. Выдержка времени отсечки второй ступени принимается на ступень селективности ( с) больше выдержек времени тех ступеней защит, от которых произведена отстройка.

При отстройке от защит нескольких линий в качестве расчетных принимаются наибольшие значения тока срабатывания и выдержки времени.

7. Чувствительность отсечки второй ступени проверяется при металлическом однофазном КЗ в конце защищаемой линии в минимальном режиме

. (2.33)

Допускается уменьшение коэффициента чувствительности до 1,3 при наличии резервирования (третьей ступени), а также проверка условия в каскаде при наличии защиты шин на приемной подстанции.

8. Ток срабатывания отсечки третьей ступени выбирается по условиям отстройки от вторых и третьих ступеней защит смежных линий (аналогично выбору второй ступени), а также по условиям отстройки от максимального тока небаланса при трехфазном КЗ за трансформатором приемной подстанции:

, (2.34)

где – коэффициент запаса по избирательности;  – коэффициент, учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме, принимается равным 2 при выдержке времени рассматриваемой ступени до 0,1 с; 1,5 – до 0,3 с; 1 – свыше 0,5 – 0,6 с; – коэффициент небаланса (соответствует относительной наибольшей погрешности трансформаторов тока), зависит от кратности тока КЗ по отношению к номинальному току ТТ, принимается равным 0,05 – при кратности IK до ; 0,1 – больших кратностях.

Ток срабатывания третьей ступени должен быть также отстроен от броска намагничивающего тока (см. п. 2.3.4).

9. Выдержка времени отсечки третьей ступени принимается на ступень селективности больше выдержек времени тех ступеней защит, от которых произведена отстройка. Третьи ступени защит выполняются, как правило, с органом направления мощности.

10. Чувствительность третьей ступени защиты проверяется при металлическом однофазном повреждении в конце смежного участка (в каскаде):

. (2.35)

Если чувствительность третьей ступени окажется недостаточной или по условиям согласования защит требуется введение промежуточной ступени, то в этих случаях защита выполняется четырехступенчатой. Выбор уставок срабатывания четвертой ступени производится так же, как и для третьей ступени.

11. При расчете защит от замыканий на землю для участка сети первоначально рассчитываются уставки первых ступеней всех защит, а затем последовательно уставки вторых и третьих ступеней защит отдельных линий. Рассчитанные уставки наносятся на кривые спадания токов , после чего строятся токовременные характеристики защит (см. рис. 2.9).

2.3.3. Особенности выбора уставок защиты на параллельных линиях

Для параллельных линий уставки защит со стороны одной подстанции (ПА или ПБ, рис. 2.8, б) одинаковы для каждой линии. При этом уставки первых ступеней защит от замыканий на землю получаются грубыми, так как расчетные условия выбора уставок утяжелены вследствие взаимоиндукции между линиями (см. п. 2.3.2, а).

При выборе уставок вторых ступеней, наряду с согласованием с земляными защитами отходящих линий, часто определяющим является случай согласования с защитой противоположного конца параллельной линии в режиме каскадного отключения КЗ (для защиты ПА согласование с защитой ПБ параллельной линии в режиме каскадного отключения КЗ у ПА, точка КЗ΄, рис. 2.8, б). В этом режиме также вследствие взаимоиндукции коэффициент токораспределения достигает 0,5–0,7, и условия согласования с защитой противоположного конца параллельной линии получаются неудовлетворительными

.

Соответственно для защиты противоположного конца линии (каскадное отключение КЗ у шин ПБ) имеем

,

т. е. уставки вторых ступеней не намного меньше уставок первых ступеней и не обеспечивают необходимой чувствительности.

Для обеспечения чувствительности и избирательности на одной из подстанций, связанных параллельными линиями, вводится промежуточная (вторая) ступень защиты, которая, не защищая всей линии, используется для согласования уставок защит. Эта промежуточная ступень устанавливается на стороне, где вторая грубая ступень имеет большую защищаемую зону (например, на ПА). После чего вторая ступень противоположного конца линии (на ПБ) согласуется с этой промежуточной ступенью и имеет соответственно большую выдержку времени.

В результате обычно на параллельных линиях защиты выполняются четырехступенчатыми, где третьи и четвертые ступени обеспечивают защиту своей и смежной линии соответственно.

2.3.4. Отстройка от броска намагничивающего тока

Бросок намагничивающего тока возникает на выходе фильтра токов нулевой последовательности при разновременном включении фаз выключателя линии, питающей трансформаторы (автотрансформаторы) с эффективно заземленной нейтралью. Различают однофазное, двухфазное и разновременное включения.

При однофазном включении (одна фаза включается раньше двух других, включающихся одновременно) в нейтрали трансформатора возникает однополярный бросок тока намагничивания.

При двухфазном включении (раньше одновременно включаются две фазы, а затем третья) в нейтрали трансформатора возникает периодический бросок намагничивающего тока.

Случай разновременного включения всех трех фаз, являющийся расчетным для группы однофазных трансформаторов, рассмотрен в [6].

Ток срабатывания защиты по условиям отстройки от броска намагничивающего тока при различных видах включения

, (2.36)

где – номинальное напряжение сети; – коэффициент затухания броска тока при данном виде включения (к); – расчетное сопротивление контура включения трансформатора, приведенное к напряжению сети.

Коэффициент затухания броска зависит от вида включения, марки стали трансформатора и отношения полного времени отключения соответствующей ступени защиты к расчетной постоянной времени контура включения. На рис. 2.10 приведена зависимость коэффициента затухания броска тока намагничивания трансформатора от времени для холоднокатаной стали.

Рис. 2.10. Зависимость затухания броска тока намагничивания трансформатора от времени

Расчетная постоянная времени зависит от соотношения результирующего активного и индуктивного сопротивлений контура включения . Для ориентировочных расчетов можно принимать с запасом для сети 110 кВ  мс, для сети 220 кВ –  мс.

При использовании реле РТ‑40 расчетным является однофазное включение, для реле РНТ‑560 – двухфазное.

Расчетные сопротивления трансформаторов при однофазном включении со стороны 110 кВ для трансформаторов всех мощностей определяются по формулам:

при ; ;

при ; .

При включении со стороны 220 кВ относительное сопротивление зависит от типа оборудования:

трансформаторы мощностью до 63 MBА ;

трансформаторы мощностью 75–125 MBА ;

автотрансформаторы мощностью 32–63 MBА ;

автотрансформаторы мощностью 75–180 MBА ;

автотрансформаторы мощностью 200–240 MBА .

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ОТ ВСЕХ ВИДОВ ПОВРЕЖДЕНИЙ

3.1. Комплектные защиты от всех видов повреждений

3.1.1. Общие замечания

Защита линий 110–330 кВ от всех видов повреждений может выполняться на основе комплектных защит типа ЭПЗ 1636, ШДЭ 2801, ШДЭ 2802, в состав которых входят комплекты защит от междуфазных повреждений (дистанционные защиты и токовые отсечки) и комплекты защит от замыканий на землю (токовые защиты нулевой последовательности) (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Состав комплектных защит от всех видов повреждений

Панель ЭПЗ 1636		Шкаф ШДЭ 2801
Трехступенчатая дистанционная защита от междуфазных повреждений	Трехступенчатая дистанционная защита от междуфазных повреждений
Четырехступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю	Четырехступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю
Токовая отсечка от междуфазных повреждений	Токовая отсечка от междуфазных повреждений
Шкаф ШДЭ 2802
Основные защиты	Резервные защиты
Трехступенчатая дистанционная защита от междуфазных повреждений	Двухступенчатая дистанционная защита от междуфазных повреждений
Четырехступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю
Двухступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю
Дополнительная защита
Токовая отсечка от междуфазных повреждений

Панель защиты ЭПЗ 1636 является базовой в эксплуатируемых сетях 110–220 кВ, шкаф ШДЭ 2801 по функциональному назначению и основным характеристикам соответствует панели ЭПЗ 1636 и выпускается вместо нее. Шкаф ШДЭ 2802 используется в качестве единственного комплекта защиты, обеспечивающего функции основной и резервной защит. Это возможно, если основные защиты шкафа ШДЭ 2802 (полный аналог ШДЭ 2801) обеспечивают необходимое быстродействие. Резервный комплект защит шкафа ШДЭ 2802 обеспечивает двухступенчатое резервирование при междуфазных повреждениях и замыканиях на землю. Для повышения надежности входные и выходные цепи и цепи оперативного питания для комплектов основных и резервных защит разделены.

Характеристики срабатывания дистанционных органов шкафа ШДЭ 2801 приведены на рис. 3.1. На комплексной плоскости сопротивлений характеристика срабатывания реле I ступени имеет форму близкую к окружности, проходящей через особые точки , и (рис. 3.1, а), т. е. характеристика составлена из трех дуг, опирающихся на хорды , и . Характеристика срабатывания реле II ступени задается в форме четырехугольника, вершины которого задаются точками , , и (рис. 3.1, б). Для упрощения записи привязка координат этих точек дана в долях от . Предусмотрены две ступени наклона правой боковой стороны четырехугольника и , что позволяет регулировать отстройку II ступени защиты от токов нагрузки.

Рис. 3.1. Характеристики срабатывания реле сопротивления дистанционной защиты шкафа ШДЭ 2801; а – I ступень, б – II ступень, в – III ступень

Характеристика срабатывания реле III ступени задается в виде треугольника, вершины которого задаются точками , и (рис. 3.1, в).

Для регулирования отстройки от сопротивления, обусловленного токами нагрузки, предусмотрены две ступени наклона правой боковой стороны треугольника путем задания угла или . Как и в защите ЭПЗ 1636, сопротивление срабатывания задается при угле между током и напряжением равном 75°, который условно назван углом максимальной чувствительности. Технические данные реле сопротивления всех ступеней приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Технические данные реле сопротивления дистанционной защиты шкафа ШДЭ 2801 при вторичном номинальном токе 5 (1) А

Ступень и характеристика защиты	Минимальное сопротивление срабатывания zуст, Ом /фазу	Кратность регулирования уставки по напряжению	Диапазон токов точной работы Iт. р.мин. – Iт. р.макс, А
I ступень, окружность	0,25(1,25) 0,5(2,5) 1,0(5,0)	20	6 – 200 (1,2 – 40) 3 – 100 (0,6 – 20) 1,5– 50 (0,3 – 10)
II ступень, четырехугольник	0,25(1,25) 0,5(2,5) 1,0(5,0)	20	6 – 200 (1,2 – 40) 3 – 100 (0,6 – 20) 1,5– 50 (0,3 – 10)
III ступень, треугольник	0,5(2,5) 1,0(5,0) 2,0(10,0)	45	3 – 100 (0,6 – 20) 1– 50 (0,2 – 10) 0,5– 25 (0,1 – 5,0)

Выбор уставок для указанных комплектов защит производится, в основном, так же, как было рассмотрено в главе 2. Имеются некоторые различия в расчетах дистанционных защит (см. п. 3.1.2) и защит от замыканий на землю (см. п. 3.1.3).

3.1.2. Особенности расчета уставок дистанционной защиты шкафа ШДЭ 2801

1. Уставка срабатывания первой ступени отстраивается от КЗ на шинах противоположной подстанции [10].

, (3.1)

где – коэффициент отстройки, учитывающий различные погрешности, неточность расчета, необходимый запас.

Поскольку связан с коэффициентом запаса по избирательности соотношением

,

то при выборе уставок I ступени защиты можно пользоваться выражением (2.13), принимая .

2. Уставка срабатывания II ступени также учитывает два основных условия:

А. Согласование с дистанционными защитами смежных линий

, (3.2)

где ; – коэффициент, учитывающий различные погрешности измерительных трансформаторов и реле;  – отношение синусов углов сопротивления, подводимого к защите при КЗ, и угла максимальной чувствительности.

Поскольку при расчете защит сетей 110–330 кВ , в предварительных расчетах можно принять . Для защит шкафа ШДЭ 2801 коэффициент запаса по избирательности согласуемых защит и для согласования с защитами смежных линий можно пользоваться выражением (2.14), принимая , .

Б. Отстройка от КЗ за трансформатором (автотрансформатором) приемной подстанции

. (3.3)

Это выражение аналогично формуле (2.15) при ; , но формула (2.15) предпочтительнее, так как учитывает изменение сопротивления трансформатора (автотрансформатора) за счет регулировки его коэффициента трансформации.

В дальнейшем из всех значений сопротивлений срабатывания, полученных по (3.2), (3.3) или по (2.14), (2.15), в качестве расчетного принимается меньшее.

3. Наклон правой боковой стороны характеристики срабатывания II ступени выбирается по условию отстройки от минимального сопротивления нагрузки и обеспечения условия сохранения чувствительности к КЗ через переходное сопротивление. При выполнении курсового проекта следует принять максимально

, (3.4)

где ; ; .

4. Чувствительность второй ступени проверяется при металлическом КЗ в конце защищаемой линии

. (3.5)

Поскольку при расчетах защит сетей 110–330 кВ , то определение чувствительности второй ступени можно производить как для защиты ЭПЗ 1636

.

Реализация требований избирательности и чувствительности при выборе уставок III ступени дистанционной защиты по условиям отстройки от токов нагрузки из-за особенностей выполнения характеристики срабатывания реле сопротивления предусматривается двумя способами: отстройкой по углу и отстройкой по значению сопротивления.

5. Отстройка третьей ступени защиты от максимального нагрузочного режима по углу срабатывания реле

, (3.6)

где – дополнительный угол запаса по избирательности, учитывающий сумму погрешностей характеристик реле, погрешностей расчета нагрузочного режима, погрешностей измерительных трансформаторов и необходимый запас.

Если условие (3.6) выполняется, то уставка сопротивления срабатывания определяется только требованиями чувствительности, для чего рассматривается случай каскадного отключения КЗ в конце зоны резервирования.

6. Обеспечение условий чувствительности () в режиме дальнего резервирования – при каскадном отключении металлического КЗ в конце зоны резервирования

, (3.7)

где – комплекс первичного сопротивления в месте установки защиты в расчетном режиме каскадного отключения; – комплексный коэффициент токораспределения в расчетном режиме каскадного отключения.

При выполнении курсовой работы можно принять , а и определять по модулю.

7. Уставка срабатывания третьей ступени защиты, если не выполняется условие отстройки по углу (3.6), отстраивается от максимального тока нагрузки аналогично (2.18):

, (3.8)

где ; ; .

8. Коэффициент чувствительности третьей ступени при расчетном условии подпункта 7 проверяется при металлическом КЗ в конце смежной линии аналогично (2.19)

. (3.9)

3.1.3. Особенности расчета уставок блокировки при качаниях дистанционной защиты шкафа ШДЭ 2801

Особенностью выполнения устройства блокировки при качаниях шкафа ШДЭ 2801 является то, что пусковой орган блокировки (ПОБ) реагирует на скорость изменения комплекса тока обратной последовательности , обеспечивая работу защиты при несимметричных КЗ. Для повышения чувствительности к симметричным КЗ ПОБ имеет дополнительный канал, реагирующий на скорость изменения комплекса тока прямой последовательности , обеспечивая также повышение чувствительности к некоторым видам несимметричных КЗ, сопровождающихся незначительным изменением тока .

Для пуска используются два органа – чувствительный и грубый. Токи срабатывания чувствительного органа регулируются дискретно и не превышают значения уставок: 0,2 (0,04); 0,4 (0,08); 0,8 (0,16) А, для вторичных номинальных токов 5 (1) А. Ток срабатывания грубого органа не более чем в 3 раза превышает соответствующую уставку чувствительного органа. Чувствительный ПОБ по принципу действия отстроен от небаланса по току при номинальном токе и от качаний с периодом не менее 0,2 с при токах , и соответственно при уставках ПОБ, приведенных выше.

Расчет ПОБ сводится к проверке его чувствительности при выбранной уставке, как правило, рекомендуется выбрать 0,4 (0,08) А, по выражению

, (3.10)

где – минимальный ток в месте установки защиты при КЗ в расчетной точке; – принятая уставка ПОБ.

Требуется обеспечить и при КЗ в конце защищаемой линии и смежного участка соответственно.

3.1.4. Особенности расчета токовых защит нулевой последовательности защиты шкафа ШДЭ 2801

Методика выбора уставок защит от замыканий на землю шкафа ШДЭ 2801 соответствует методике, рассмотренной в § 2.3. Некоторые отличия состоят в следующем.

1. Выбор тока срабатывания отсечки первой ступени может быть дополнен отстройкой от тока нулевой последовательности в неполнофазном кратковременном режиме за счет неодновременности включения фаз выключателя и неполнофазном режиме в цикле ОАПВ линии

, (3.11)

где – коэффициент запаса по избирательности; – ток нулевой последовательности в соответствующем неполнофазном режиме.