Ненаправленные токовые отсечки для линий с двусторонним питанием

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 28Следующая ⇒

1. Ток срабатывания отсечки отстраивается от максимального тока, протекающего через защиту при следующих расчетных условиях (рис.12):

а) отстройка от максимального тока линии при КЗ на шинах приемной подстанции (рис.12, а);

б) отстройка от максимального тока линии при КЗ на шинах подстанции в месте установки защиты (КЗ ² за спиной² ) (рис.12, б);

в) отстройка от максимального тока качаний (рис.12, в), возникающего при расхождении ЭДС параллельно работающих станций на 180^О и (рис.12, в):

(2.11)

где х_{экв.мин} – эквивалентное минимальное сопротивление связи между параллельно работающими станциями, включая сверхпереходное сопротивление генераторов и сопротивление линии связи; х_{экв.мин} = х_сист.А + х_сист.В + х_л.

Ток срабатывания отсечки выбирается по наибольшему из полученных значений токов

(2.12)

Поскольку при внешних КЗ (К1, К2) и при качаниях через защиты, установленные на обоих концах линии, протекают одинаковые токи, то уставка срабатывания для обеих защит принимается одной и той же: I_с.з.АБ= I_с.з.БА.

Рис.12. К выбору тока срабатывания отсечек линий с двусторонним питанием

2. Определяются зоны, защищаемые отсечкой в максимальном и минимальном режимах, а также в режиме каскадного отключения. В первом случае используются кривые спадания (рис.10), во втором – выражение (2.2), а

l_отс.% = (х_отс / х_л)^.100.

Рекомендуется определить чувствительность отсечки при двухфазном КЗ в начале линии. Отсечка может рекомендоваться к установке, если к_ч ³ 1, 2.

3. Определяются по (2.4) уровни остаточных напряжений на шинах подстанций (в месте установки защиты) при КЗ в конце зоны действия отсечки. Для максимального и минимального режимов х_отс = l_{отс %} ^. х_л, для режима каскадного отключения х_отс находится по (2.2). Определение х_сист._S показано на рис.13.

4. Производится заключение о применимости отсечки. Если напряжение на шинах подстанции в минимальном режиме или режиме каскадного отключения с t = 0 равно или превышает 60%, то отсечка применяется с качестве основной защиты. Если остаточное напряжение менее 60%, а отсечка защищает в максимальном режиме 15-20% линии, то она применяется в качестве дополнительной.

Рис.13. Определение результирующего сопротивления системы при каскадном отключении КЗ

Дистанционные защиты от междуфазных повреждений

Общие замечания

Дистанционные защиты используются в сетях сложной конфигурации для защиты линий от междуфазных КЗ. Эти защиты приходят в действие при снижении сопротивления сети, т.е. являются минимальными. Основными преимуществами дистанционных защит по сравнению с токовыми защитами являются независимость защищаемой зоны при изменении уровня токов КЗ, т.е. при изменении режима работы сети, а также направленность действия. Селективность защит смежных линий обеспечивается введением ступенчатых выдержек времени: все КЗ в пределах I зоны (ступени), ближайшей к месту установки защиты, отключаются с минимальным временем; все КЗ в пределах II зоны – с большим временем; КЗ в пределах последней, III зоны, отключаются с наибольшим временем. Измерительными органами защиты являются направленные реле полного сопротивления, которые называются дистанционными органами (реле I и II ступеней) и пусковыми органами (реле III ступени).

Дистанционные защиты, как правило, входят в состав комбинированных панелей типа ЭПЗ 1636, ШДЭ 2801, но могут выполняться и в виде отдельных панелей, например, типа ПДЭ 2001.

В качестве примера на рис.14 приведена структурная схема дистанционной защиты панели ЭПЗ-1636. Основными элементами защиты являются:

а) блок измерения, включающий набор реле сопротивления с согласующими трансреакторами (по цепям тока) и трансформаторами (по цепям напряжения);

б) блокировка при качаниях, разрешающая работу защиты на время ликвидации КЗ в сети;

в) блокировка при неисправностях цепей напряжения;

г) блок логики, обеспечивающий заданные временные характеристики защиты;

д) выходные цепи и цепи ускорения защиты.

Рис.14. Структурная схема дистанционной защиты панели ЭПЗ-1636

Характеристики срабатывания реле сопротивления на комплексной плоскости представляют собой окружность (для третьей ступени можно выполнить эллипс), проходящую через начало координат. Диаметр окружности определяется уставкой срабатывания, а положение – углом максимальной чувствительности j_м.ч, который принимается в зависимости от напряжения сети и марки провода. Реле сопротивления современных защит имеют для II-III ступеней более сложные характеристики срабатывания (четырехугольник, треугольник).

Расчет уставок защиты

1. Предварительно в зависимости от марки провода определяется удельное комплексное сопротивление z_у = r_у + jx_у, по которому находится полное сопротивление линии z_л= z_y × l. Затем находится длительно допустимый ток по условиям нагрева проводов, по которому выбирается коэффициент трансформации ТТ. В табл.2.1 приведены некоторые параметры сталеалюминиевых проводов для линий напряжением 110–220 кВ.

Таблица 2.1

Параметры сталеалюминиевых проводов для линий электропередач

напряжением 110-220 кВ

Марка провода	Допустимые токи	r_у, Ом/км	x_у, Ом/км
	нагрузки, А		110 кВ	220 кВ
АС 70/11 АС 95/16 АС 120/19 АС 150/24 АС 185/29 АС 240/32 АС 300/39 АС 400/51 АС 500/64		0, 428 0, 306 0, 249 0, 198 0, 162 0, 12 0, 098 0, 075 0, 06	0, 444 0, 434 0, 427 0, 42 0, 413 0, 405 – – –	– – – – – 0, 435 0, 429 0, 42 0, 413

Примечание: Цифры в марках проводов обозначают номинальное сечение алюминия (в числителе) и стали (в знаменателе), мм².

2. Уставка срабатывания первой ступени выбирается из условия отстройки от КЗ на шинах приемной подстанции

(2.13)

где к_З = 0, 85 – коэффициент запаса по избирательности, учитывающий погрешность защиты совместно с трансформаторами тока и напряжения / 7 /.

Отстройка от КЗ на шинах подстанции в месте установки защиты не производится, так как все ступени защиты выполнены направленными.

3. Уставка срабатывания второй ступени выбирается по двум основным условиям (рис.15):

а) согласование с дистанционными защитами смежных линий

(2.14)

где к'_З = 0, 78 – коэффициент запаса по избирательности согласуемых защит линий; к_ток = I_з.выб/ I_з.см – коэффициент токораспределения, определяемый по току трехфазного КЗ в конце зоны действия той защиты, с которой производится согласование (при этом следует рассматривать такие режимы, когда значение к_ток максимально); I_з.выб – ток, протекающий через ТТ защиты, для которой выбирается уставка; I_з.см – ток, протекающий через ТТ смежной защиты, с которой производится согласование; – уставка срабатывания первой (или второй) ступени защиты смежной линии;

б) отстройка от КЗ за трансформатором приемной подстанции

(2.15)

где DU – наибольший относительный предел регулировки напряжения силового трансформатора / 4 /, например, DU = 0, 12 при регулировке ± 12%.

Рис.15. Расчетные условия для согласования дистанционных защит: а – согласование с защитами смежных линий; б – отстройка от КЗ за трансформатором

В дальнейшем из всех полученных значений сопротивлений срабатывания в качестве расчетного выбирается наименьшее.

4. Выдержка времени второй ступени принимается на ступень селективности (Dt = 0, 5 с), больше выдержек времени тех ступеней защит, с которыми производится согласование:

(2.16)

Из всех полученных значений выдержки времени в качестве расчетной выбирается большая.

При наличии на смежных параллельных линиях поперечной защиты, вторая ступень дистанционной защиты должна быть отстроена от времени каскадного действия поперечной защиты (порядка 0, 7-0, 8 с). Если на приемной подстанции предусматривается устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ), то вторая ступень защиты должна быть отстроена от времени его действия (0, 8-0, 9 с).

5. Чувствительность второй ступени защиты проверяется при металлических КЗ на шинах приемной подстанции (режим ближнего резервирования):

Если на линии имеется отпайка, то чувствительность проверяется и при металлическом КЗ в конце ее (рис.16, а):

(2.17)

где z_л.отп – сопротивление линии от места установки защиты до отпайки; z_отп – сопротивление отпайки; к_{ток.отп} = I_з.выб/I_отп – коэффициент токораспределения при КЗ в конце отпайки.

Допускается выполнение условия (2.17) при каскадном отключении КЗ на отпайке.

6. Уставка срабатывания третьей ступени защиты выбирается, как правило, по условиям отстройки от максимального тока нагрузки линии. Ток нагрузки принимается либо по длительно допустимому току нагрева провода, либо задается диспетчерской службой энергосистемы, в последнем случае указывается cosj нагрузки:

(2.18)

где U_{мин.экспл} – минимальное эксплуатационное напряжение, предварительно может быть принято равным 0, 9 U_ном; к_н = 1, 2 – коэффициент надежности; к_в = 1, 1 – коэффициент возврата (для реле сопротивления); j_м.ч = 65-80° – угол максимальной чувствительности реле сопротивления; j_нагр. – угол сопротивления, обусловленного нагрузкой.

Первоначально z_с.з определяется при cos (j_м.ч– j_нагр) = 1, но если чувствительность защиты получается недостаточной, то учитывают характер нагрузки и j_м.ч. Обычно j_нагр £ 30-40°.

7. Выдержка времени третьей ступени выбирается на ступень селективности больше выдержки времени вторых ступеней защит, аналогично (2.16).

8. Чувствительность третьей ступени защиты проверяется при КЗ в конце смежной линии (режим дальнего резервирования, рис.16, б):

(2.19)

При оценке чувствительности рассматриваются такие режимы, при которых значение к_ток минимально.

Рис.16. Расчетные условия для проверки чувствительности

дистанционной защиты:

а – при КЗ на отпайке; б – при КЗ в конце смежной линии

Если условие (2.19) не обеспечивается, то на шинах приемной подстанции необходимо предусмотреть УРОВ.

9. Производится заключение о возможности применения защиты в качестве основной или резервной, для чего определяется остаточное напряжение на шинах при КЗ в конце первой ступени:

(2.20)

где – ток линии при трехфазном КЗ в конце первой ступени защиты, определяемый по кривым спадания. Если остаточное напряжение на шинах транзитной подстанции будет равно или больше 60% (в минимальном режиме), то защита применяется в качестве основной от междуфазных КЗ, если менее 60%, то в качестве резервной.

2.2.3. Выбор уставок и проверка реле сопротивления по току точной

работы

1. Определяются уставки срабатывания реле сопротивления для различных ступеней

(2.21)

где К_I и К_U – коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

2. Выбирается z_{уст.мин} – минимальное сопротивление срабатывания реле сопротивления при 100% включенных витков вторичной обмотки его промежуточного трансформатора напряжения. Напомним, что расчетный диапазон регулировки составляет от 5 до 100%, а это соответствует 20-кратному изменению z_ср. Диапазон уставок и гарантированные токи точной работы реле сопротивления в составе панели ЭПЗ 1636-67 даны в табл.2.2.

Таблица 2.2

Технические данные реле сопротивления в комплектах ДЗ-2 и КРС-1 при вторичном номинальном токе 5 (1) А

Ступень и комплект защиты	Минимальное сопротивление срабатывания z_{уст.мин}, Ом/фазу	Диапазоны токов точной работы (I_т.р.мин–I_{т.р.макс}), А
I и II ступени, комплект ДЗ-2	0, 25 (1, 25) 0, 5 (2, 5) 1, 0 (5, 0)	6, 4–-150 3, 2–100 1, 6–50	(1, 28–30) (0, 64–20) (0, 32–10)
III ступень,	1, 0 (5, 0) Окружность без смещения Эллипс без смещения Эллипс или окружность со смещением	1, 6–50 2, 2–50 2, 75–42	(0, 32–10) (0, 44–10) (0, 55–8, 4)
комплект КРС-1	1, 5 (7, 5) Окружность без смещения Эллипс без смещения Эллипс или окружность со смещением	1, 1–33, 5 1, 5–33, 5 1, 85–28	(0, 22–6, 7) (0, 3–6, 7) (0, 37–5, 6)

Выбор z_{уст.мин} комплекта ДЗ-2 для тех случаев, когда можно выставить любое из трех значений, определяется из заданных диапазонов токов настройки I или II ступени, т.е. тех диапазонов, в которых будут изменяться реальные токи КЗ в конце I или II зоны. При малых уровнях этих токов целесообразно иметь большую уставку z_{уст.мин} и, следовательно, большую чувствительность по току, при больших уровнях токов настройки целесообразно иметь меньшую уставку z_{уст.мин}.

3. Проверяется чувствительность защиты по току точной работы при металлическом трехфазном КЗ в конце зоны действия соответствующей ступени защиты по выражению:

(2.22)

где - ток в реле, соответствующий току защиты , который определяется по кривым спадания или находится по схеме замещения прямой последовательности = × n_1л.

4. При выбранной уставке z_{уст.мин} расчет уставок на трансформаторах напряжения реле комплектов реле производится для каждой ступеней по выражению:

(2.23)

где N_расч – расчетный процент включенных витков вторичной обмотки трансформатора напряжения к реле.

2.2.4. Расчет уставок блокировки при качаниях

Ниже рассмотрен выбор уставок блокировки при качаниях типа КРБ-126, входящей в состав панели защиты ЭПЗ-1636. Пусковой орган блокировки реагирует на и имеет торможение от фазного тока (обычно фазы А).

Расчет блокировки, приведенный в /7/, имеет целью определение уставок устройства по току обратной последовательности I_2уст, по утроенному току нулевой последовательности 3I_0уст и по коэффициенту торможения к_торм, а также проверку чувствительности. Точный расчет уставок производится на основании его характеристики срабатывания и кривых чувствительности, приведенных в информации завода-изготовителя /14/.

1. Характеристика срабатывания в координатах I_2ср и I_торм при заданных уставках I_2уст и к_торм представлена выражением

I_2ср = к_торм ^. I_торм + I_2уст, А (2.24)

где I_2ср – ток обратной последовательности срабатывания; I_торм – вторичный ток в фазе, питающей цепи торможения.

2. Устройство типа КРБ-126 имеет следующие уставки:

а) по току обратной последовательности (I_2уст): 0, 5; 0, 75; 1, 0 и 1, 5 А (0, 1; 0, 15; 0, 2 и 0, 3 А) соответственно для исполнения на номинальный ток 5(1) А;

б) по утроенному току нулевой последовательности (3I_0уст): 1, 5; 3, 0 и 6, 0 А (0, 3; 0, 6 и 1, 2 А) соответственно для исполнения на номинальный ток 5(1) А;

в) по коэффициенту торможения (К_торм), выраженному в процентах при минимальной уставке I_2уст: 4; 7 и 11%; причем с увеличением уставки I_2уст коэффициент к_торм пропорционально увеличивается. Например, при I_2уст = 1 А и установленном к_торм = 7% действительный к_торм = 14% (0, 14).

В качестве примера на рис.10 приведены характеристики срабатывания для I_2уст = 0, 5 А и I_2уст = 0, 75 А.

Выбор уставок блокировки и проверки чувствительности вначале производится без использования тока 3I₀.

3. Ток срабатывания отстраивается от токов небаланса в следующих расчетных режимах:

а) в нагрузочном режиме

(2.25)

б) в режиме качаний

(2.26)

где к_з = 1, 2 – коэффициент запаса по избирательности; к_в = 0, 8 – коэффициент возврата; К_I – коэффициент трансформации ТТ защиты; I_нагр, I_кач– соответственно токи в защите в максимальном нагрузочном режиме и при качаниях; I_{2 нес.нагр}, I_{2 нес.кач} – соответственно токи обратной последовательности, обусловленные несимметрией в системе в расчетных режимах; I_кач_* = I_кач /I_1ТТ_ном – кратность тока качаний по отношению к номинальному току ТТ защиты.

Выражения (2.25) и (2.26) учитывают токи небаланса фильтра обратной последовательности, обусловленные погрешностью ТТ защиты, возможными отклонениями частоты в системе и неточностью настройки фильтра тока обратной последовательности.

Эти режимы определяют координаты точек К и Н на рис.17, ординаты которых соответствуют значениям I_2ср определенным соответственно для режима качаний и режима нагрузки. В качестве возможны вариантов уставок принимаются уставки по I_2уст и К_торм, соответствующие характеристикам срабатывания, ближайшим к точкам К и Н и проходящим выше обоих этих точек.

Рис.17. Характеристики срабатывания устройства блокировки при качаниях типа КРБ-126 при вторичном номинальном токе 5(1) А

Нагрузочный режим может не рассматриваться в качестве расчетного, если уставка, выбранная по (2.26), удовлетворяет условию I_2уст ³ 1, 5I_{нес.нагр.}, а также условию I₂_{нес.нагр} = I₂_{нес.кач}£ 0, 5 А (0, 1 А для ТТ одноамперного исполнения).

При отсутствии несимметрии в режимах качаний и нагрузки уставки могут быть приняты ориентировочно в соответствии с табл.2.3.

Таблица 2.3

Рекомендуемые значения уставок блокировки от качаний в зависимости от кратности тока качаний при вторичном номинальном токе 5(1) А

I_кач_*	2 – 3	3 – 7	свыше 7
I_{2 уст}	0, 5(0, 1)А	0, 75(0, 15)А	0, 5(0, 15)А	0, 75(0, 15)А	0, 75(0, 15)А
К_торм(уставка %)	0, 07(7%)	0, 06(4%)	0, 11(11%)	0, 105(7%)	0, 165(11%)

Значение уставок уточняются по требованиям чувствительности.

4. Расчет чувствительности может производиться графически с использованием характеристик срабатывания при подведенных к устройству вторичных тока I_2к и I_торм.к, определяемых при металлическом КЗ в расчетных по чувствительности условиях. При этом на плоскость (I_2ср, I_торм.) рис.17 наносится точка А, соответствующая токам I_2к и I_торм.к. Проводится прямая ОА, соединяющая точку А с началом координат. Определяется точка Г пересечения прямой ОА с характеристикой I_2ср = f(I_торм), соответствующей выбранным уставкам (так на рис.17 приняты I_2ср = 0, 75 А и I_торм= 7%), и точка Б пересечения характеристики срабатывания с проведенным из точки А перпендикуляром АВ к точке абсцисс.

Определяется коэффициент чувствительности

Устройство должно иметь следующие коэффициенты чувствительности:

а) к_ч ³ 1, 5 и ³ 1, 1 при КЗ в конце защищаемого участка;

б) к_ч ³ 1, 2 и ³ 1, 1 при КЗ в конце зоны резервирования.

Расчетными при проверке чувствительности являются следующие виды КЗ:

при неиспользовании в устройстве тока 3I₀ – двухфазное КЗ на землю;

при использовании тока 3I₀ – как двухфазное КЗ на землю, так и двухфазное КЗ.

При недостаточной чувствительности к двухфазным КЗ на землю необходимо использовать в устройстве ток 3I₀, т.е. комбинированный пуск по

Ток обратной последовательности в месте установки защиты при двухфазном КЗ на землю при х₁_S = х₂_S определяется по выражению

(2.27)

где n_1Л – доля тока I₂, протекающая по линии.

5. Значение I_торм.к определяется в тех же расчетных режимах, что и минимальные значения вторичных токов I₂_к и 3I₀_к в защите, и принимается равным максимальному току в одной из поврежденных фаз.

При неучете нагрузки значение I_торм.к определяется через токи отдельных последовательностей в месте установки защиты:

для двухфазного КЗ

(2.28)

для двухфазного КЗ на землю

(2.29)

Напомним, что значения всех токов должны быть приведены ко вторичным цепям ТТ делением на К_I.

Тормозной ток при токах нагрузки, соизмеримых с токами КЗ, определяется с учетом нагрузки

I_торм._S =I_торм.к + I_нагр.

При выполнении курсового проекта расчет К_ч может приводиться упрощенно без учета нагрузки по выражению:

(2.30)

где I_2к_в, I_торм.к_в– минимальный вторичный ток I₂ и соответствующий ему вторичный тормозной ток в защите в расчетных по чувствительности условиях.

При трехфазных КЗ проверка к_ч не производится; предполагается, что при трехфазном КЗ длительность предшествующей несимметрии (не менее 0, 008 с) и кратность тока в реле достаточны для срабатывания устройства.

Выбор уставок устройства блокировки, когда ток 3I₀ используется в устройстве, производится аналогично с использованием характеристик срабатывания и специальных кривых чувствительности /14/. Кривые чувствительности определяют кратности тока в измерительном органе блокировки (поляризованное реле КА) к току его срабатывания I_p/I_ср в зависимости от значений токов I₂ и 3I₀ в защите при заданных уставках I_{2 уст.} и 3I_{0 уст.}. Подобные расчеты будут рассмотрены ниже при проверке уставок дифференциально-фазной защиты.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒