Бурное развитие электрических сетей сегодня требует большого числа высокоэффективных защит воздушных линий (ВЛ), используемых для передачи электроэнергии.
К основным требованиям, которые предъявляются к подобным устройствам можно отнести следующие моменты:
- удобство в использовании;
- минимальная цена;
- компактность;
- универсальность;
- селективность.
Обладая такими свойствами, современные виды защит высоковольтных линий способны надёжно сохранять их от всех видов коротких замыканий.
Разновидности.
Из наиболее распространённых типов можно выделить следующие:
Дистанционная защита (ДЗ). В сетях, имеющих сложную конфигурацию, для защиты от коротких межфазных замыканий применятся ДЗ , которая выполняет измерение полного сопротивления ВЛ от измерительных трансформаторов напряжения на подстанциях до непосредственного места возникновения КЗ.
Так как данное сопротивление пропорционально дистанции (расстоянию) до мест короткого замыкания, то и защита получила название дистанционной.
Она сложнее обычных токовых и имеет следующие преимущества:
Зона её действия всегда остаётся постоянной вне зависимости от режима сети и величин токов КЗ;
- имеет направленность действия.
В целях обеспечения селективности действия дистанционной защиты на смежных ВЛ время их действия делают зависимым от расстояния до места возникновения короткого замыкания: дальше КЗ – больше время срабатывания.
Защита выполняется по ступенчатому принципу, когда каждая последующая ступень имеет большую выдержку отключения по времени.
Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП). При коротких замыканиях на землю применятся ТЗНП, которая использует факт появления в напряжениях и токах нулевой последовательности при таких КЗ в сетях, работающих в режиме глухозаземлённой нейтрали у трансформаторов.
Как известно, составляющие нулевой последовательности выделяются из фазных величин простой геометрической суммой векторов данных величин.
При этом, нулевой провод токовых цепей, которые собраны по схеме полной звезды – это не что иное, как фильтр токов нулевой последовательности. Поэтому ТЗНП выполняется на электромагнитных реле, включённых в нулевой провод.
Селективность на смежных ВЛ обеспечивается также как и у ДЗ, когда время действия защиты зависит от расстояния до места короткого замыкания, то есть, чем меньше ток срабатывания, тем дальше точка короткого, тем больше время срабатывания.
Как и ДЗ, ТНЗП выполняется ступенчатым, когда каждая последующая ступень имеет меньший ток и большее время срабатывания.
Токовая отсечка (ТО). Данная мера считается дополнением защит от коротких межфазных замыканий, которая за счёт своей простоты схемы способна обеспечить максимум надёжности.
Токовая отсечка особенно востребована при замыканиях в самом начале линий, когда направленные защиты менее надёжны. Так, например, если 1-ая ступень ДЗ выполнена с выдержкой времени, то отсечка в данном случае будет единственной быстродействующей мерой.
Правда, на ВЛ небольшой длины, когда 1-ая ступень ДЗ делается с выдержкой времени, правильно отстроить ТО от КЗ на шинах ПС с противоположной стороны с обеспечением нормальной чувствительности при замыканиях вначале линии не всегда возможно.
В таких случаях лучше применять, так называемую, неселективную токовую отсечку, которая автоматически вводится в действие при помощи контакта реле ускорения при включении линейного выключателя вручную или же от АПВ.
Современные подходы в разработке РЗА.
Сегодня в целях получения максимального эффекта при защите высоковольтных линий 110-220 кВ используются комплексы защит, которые представляют собой набор основных мер, позволяющих охватить всю длину ВЛ, сохранив при этом требуемую селективность.
Как правило, применяются следующие наборы защит:
- 1-ый комплекс:
- двухступенчатая ДЗ;
- одноступенчатая ТЗНП.
- 2-ой комплекс:
- токовая отсечка;
- одноступенчатая ДЗ;
- трёхступенчатая ТЗНП.
Такой подход позволяет получить полное резервирование оперативных цепей, когда при выходе одного комплекса в работу автоматически вступает второй.
В брошюре изложены принципы действия защит линий 110-220 кВ с высокочастотными каналами:дифференциально-фазной защиты типа ДФЗ 201 и высокочастотной блокировки дистанционной и токовой направленной защиты нулевой последовательности на панели ЭПЗ 1643-69. Приведены описания схем релейных и высокочастотных частей указанных защит.
Рассмотрены техническое обслуживание, высокочастотные измерения, проверка ВЧ каналов и эксплуатация этих защит. ...
1. Дифференциально-фазная высокочастотная защита ДФЗ-201
2. Высокочастотная блокировка дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности типа ЭПЗ-1643-69
3. Высокочастотные каналы релейной защиты
4. Проверка релейной части ДФЗ-201 при новом включении
5. Проверка релейной части ВЧ блокировки дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности типа ЭПЗ-1643-69 при новом включении
6. Проверка ВЧА типа упз-70 при новом включении
7. Проверка элементов ВЧ тракта при новом включении
8. Проверка ВЧ каналов при новом включении
9. Обслуживание ВЧ защит
ПРЕДИСЛОВИЕ
Высокочастотные (ВЧ) защиты получили широкое распространение на линиях 110-220 кВ и более высоких напряжений. В числе разновидностей эксплуатируемых защит значительное место занимают защиты, снятые с производства (дифференциально-фазные типов ДФЗ-2, ДФЗ-402, ДФЗ-501 и высокочастотные блокировки типа ПВБ). Панели ДФЗ-2 и ВЧ блокировки предназначены для работы с высокочастотным аппаратом (ВЧА) типа ПВЗК , а панели ДФЗ-402 и ДФЗ-501 - с ВЧА типа ПВЗД .
В настоящее время выпускаются дифференциально-фазные защиты типов ДФЗ-201, ДФЗ-504, ДФЗ-503 и ВЧ блокировки дистанционных и токовых направленных нулевой последовательности защит . Эти защиты предназначены для совместной работы с ВЧА типа УПЗ-70, которые по сравнению с ПВЗК и ПВЗД обладают расширенным диапазоном рабочих частот, уменьшенным остаточным напряжением на выходе передатчика, усовершенствованной схемой управления, меньшими габаритами и массой, имеют блочную конструкцию. В них применен печатный монтаж, на выходе передатчика использован линейный фильтр.
Совсем недавно промышленностью начат выпуск нового приемопередатчика типа АВЗК-80, выполненного на полупроводниковых элементах. Этот ВЧ аппарат может быть использован со всеми релейными схемами ВЧ защит, выпускаемых в данное время.
Надежное функционирование высокочастотных защит обеспечивает устойчивую работу электроприемников потребителей. Поэтому в комплексе мероприятий по повышению надежности снабжения потребителей электроэнергией особое место занимает качество наладки и эксплуатации устройств релейной защиты и электроавтоматики и, прежде всего, основных ВЧ защит линий.
Наиболее качественно и в то же время с меньшими трудозатратами наладочные работы можно выполнить при условии, что весь объем работ по вводу в эксплуатацию комплектов ВЧ защит производится одной комплексной бригадой. Более широкому внедрению такой организации наладочных работ в значительной степени может способствовать публикация книги, в которой излагаются вопросы наладки как релейных, так и высокочастотных частей ВЧ защит.
Задачи релейной защиты, её роль и назначение – в обеспечении надёжной работы энергосистем и бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей. Это обусловлено усложнением схем и ростом электросетей, укрупнением энергосистем, увеличением установленной мощности как станций в целом, так и номинальной единичной мощности отдельных агрегатов. Это в свою очередь влияет на работу энергосистем: работа на пределе устойчивости, наличие межсистемных линий связи большой длины, повышенная вероятность развития цепочечных аварий. В связи с этим и требования к быстродействию, селективности, чувствительности и надёжности работы релейной защиты увеличиваются. Всё большее распространение получают устройства релейной защиты с использованием полупроводниковых приборов. Их применение открывает больше возможностей для создания быстродействующих защит.В настоящее время разработаны и начинают активно использоваться устройства релейной защиты на микропроцессорной основе, что позволяет ещё больше увеличить быстродействие и надёжность защит, сократить затраты на их ремонт и обслуживание.
1.2.2 Параметры трансформатора сведены в таблицу 2.
ТАБЛИЦА 1.2
ВЫБОР ТИПОВ УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ
Релейная защита воздушной линии 110 кВ.
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
3.1Расчет сопротивлений прямой последовательности элементов схемы.
Расчет сопротивлений производится в именованных единицах (Омах), при базовом напряжении Uб=115 кВ.
Схема замещения приведена на рис.
С1: Х 1 =Х *с * = 1,3* = 9,55 Ом
X 2 =X уд. *l* =0,4*70* =28 Ом
X 3 = X уд. *l* =0,4*45* = 18 Ом
X 4 = X уд. *l* =0,4*30* = 12 Ом
X 5 = X уд. *l* =0,4*16* = 6,4 Ом
Т 6 = * = * =34,72 Ом
Т 7 = * = * =220,4 Ом
Х 3,4 =18+12=30 Ом
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
Х 2,4 = = 14,48 Ом
Х 1-4 =9,55+14,48=24,03 Ом
Х 1-5 =24,03+6,4=30,34
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
I (3) (k 2) = = =2,18 кА
I (3) (k 3) = = =0,26 кА
3.2Расчет однофазных токов короткого замыкания на землю в точке К-2.
С1: Х 1 =Х *с * = 1,6* = 11,76 Ом
X 2 =X уд. *l* =0,8*70* =56 Ом
X 3 = X уд. *l* =0,8*45* = 36 Ом
X 4 = X уд. *l* =0,8*30* = 24 Ом
X 5 = X уд. *l* =0,8*16* = 12,8 Ом
Х 3,4 =36+24= 60 Ом
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
Х 2,3,4 =(60*56)/(60+56)= 28,97 Ом
Х 1-4 =11,76+28,97 Ом
| Изм. |
| Лист |
| № докум. |
| Подпись |
| Дата |
| Лист |
| КП.140408.43.06.ПЗ |
Х 1-6 =18,74+12,8=31,54 Ом
Х рез.0 (к2)=31,54 Ом
3I 0(к2) = = = 2,16 кА
3.6Расчет токов короткого замыкания в точке К-4 и К-5.
| Uб=Umin=96,6 кВ | Uб=Umax=126 кВ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Х 10 =Х с1,2 =Х с1,2ср. * = 24,03* = 16,96 Ом | Х 10 =Х с1,2 =Х с1,2ср. * = 24,03* = 28,85Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Хс=Хс ср* = =16,96 Ом | Хс=Хс ср* = =28,85 Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Х Т(-РО) = * = =41,99 | U к(+ N) =U к ном. + =17,5+ = 18,4 Хт (+ N) = * * =71,44 Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Z nw =0,3*1,5* = 38,01 Ом | Z nw =0,3*1,5* = 64,8 Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка К-4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Хрез(к4)=Хс+Хтв(-ро)=16,96+41,99=58,95Ом | Хрез(к4)=Хс+Хтв(+N)=28,85+71,44=100,29 Ом | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I (3) по max = =0,95кА | I (3) по max = =0,73 кА | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Действительное значение тока кз в точке К-4, отнесенное к напряжению 37 кВ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| I (3) по max = 0,95* =8,74 кА | I (3) по max =0,73* =8,76 кА | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Точка К-5 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.1 Защита линии с односторонним питанием. 4.1.1 Расчет двухступенчатой токовой защиты от междуфазных кз линии W. Расчет токовой отсечки без выдержки времени от междуфазных кз (Iступень). 1)I 1 сз Котс.*I (3) k-3max=1,2*0,26=0,31 кА 2)Kч=I (2) к-1min/Iс.з. 1 =2,76*0,87/0,31=7,74 Кч= I (2) к-2min/Iс.з. 1 1,5=2,18*0,87/0,31=6,12 3)I (1) c.р.=I (1) cз*Ксх/К1=0,31*1/(100/5)=0,02 кА 4)Время срабатывания токовой отсечки принимается 0,1с Расчет максимальной токовой защиты с выдержкой времени от междуфазных кз (II ступень). 1)I II сз Котс*Ксз/Кв)*Iнагр.max=(1,2*2/0,8)*0,03=0,09кА Iнагр.max=Sном.т./ =6,3/ =0,03 кА 2) Кч= I (2) к-3min/Iс.з. I 1 1,2=0,26*0,87/0,09=2,51 3) I (11) c.р.=I (11) cз*Ксх/К1=0,09*1/(100/5)=0,0045 кА 4)Время срабатывания МТЗ выбирается по условию согласования с МТЗ тр-ра. t II сз=tсз(мтз т-раТ)+ t=2+0,4=2,4с 4.1.2. Расчет двухступенчатой токовой защиты от кз на землю линии W. Расчет токов отсечки нулевой последовательности без выдержки времени (1 ступень). 1)I (1) 0cз 3I0 (1) k-2min/Кч=2,16/1,5=1,44 кА 2) I (1) 0cр I0 (1) сз*Ксх/К I =1,44*1/(100/5)=0,072 кА 3)Время срабатывания токовой отсечки принимается равным 0,1 с. Расчет токовой защиты нулевой последовательности с выдержкой времени (2 ступень). 1)I 11 0cз Котс*Iнб.max=Котс*Кпер*Кнб*Iрасч.=1,25*1*0,05*0,26=0,02 кА Принимаю I 11 0cз=60А 4.2 Расчет защиты трансформатора.
Уставка должна выбираться из двух условий: -отстройки от броска тока намагничивания силового трансформатора. -отстройка от максимального первичного тока небаланса при переходном режиме расчетного внешнего кз. Отстройка от броска тока намагничивания. При включении силового трансформатора со стороны высшего напряжения, отношение броска тока намагничивания к амплитуде номинального тока защищаемого трансформатора не превышает 5. Это соответствует отношению амплитуды броска тока намагничивания к действующему значению номинального тока первой гармоники равному 5 =7. Отсечка реагирует на мгновенное значение, равна 2,5*Iдиф./Iном. Минимальная возможная уставка по первой гармонике Iдиф/Iном=4, что способствует 2,5*4=10 по отношению амплитуд. Сравнение полученных значений свидетельствует об отстроенности отсечки по мгновенным значениям от возможных бросков тока намагничивания. Расчеты показывают, что действующее значение первой гармоники броска тока намагничивания не превышает 0,35 от амплитуды броска. Если амплитуда равна 7 действующим значениям номинального тока, то действующее значение первой гармоники равно 7*0.35=2,46. Следовательно, даже при минимальной уставке в 4 Iном. Отсечка отстроена от бросков тока намагничивания и при регулировании на первую гармонику дифференциального тока. Отстройка от тока небаланса при внешнем кз.
Iдиф/Iном Котс*Кнб(1)*Iкз.вн.max где Кнб(1)-отношение амплитуды первой гармоники тока небаланса к приведенной амплитуде периодичной составляющей тока внешнего кз. Если и на стороне ВН и на стороне НН используется ТТ с вторичным номинальным током 5А, можно принимать Кнб(1)=0,7. Если на стороне ВН используется ТТ с вторичным номинальным током 1А, то следует принимать Кнб(1)=1,0. Коэффициент отстройки (Котс) принимается равным 1,2. Iкз.вн.max-отношение тока внешнего расчетного кз, к номинальному току трансформатора. Если по защищаемому трансформатору проходит сквозной ток Iскв., он может дифференциальный ток. Iдиф.=(Кпер*Кодн*Е+ Uрпн+ fдобав.)*Iскв=(2*1,0+0,13+0,04)*Iскв=0,37*Iскв. При выводе данной формулы предполагалось, что один ТТ работает точно, второй имеет погрешность, равную Iдиф. Введем, понятие коэффициента снижения тормозного тока. Ксн.т.=Iторм./Icкв.=1-0,5*(Кпер*Кодн.*E+ Uрпн+ fдобав)/Ксн.т.=100*1,3*(2*1*0,1+0,13+0,04)/0,815=59 Вторая точка излома тормозной характеристики: Iт 2 /Iном определяет размер второго участка тормозной характеристики. В нагрузочном и аналогичных режимах, тормозной ток равен сквозному. Появление витковых кз лишь незначительно изменяет первичные токи, поэтому тормозной ток почти не изменился. Для высокой чувствительности к витковым кз следует, чтобы во второй участок попал режим номинальных нагрузок, (Im/Iном=1), режим допустимых длительных перегрузок (Im/Iном=1,3). Желательно чтобы во второй участок попали и режимы возможных кратковременных перегрузок(самозапуск двигателей после АВР, пусковые токи мощных двигателей, если таковые имеются).
Принимаю I г2/I г1=0,15 Рассчитываем коэффициент чувствительности для рассматриваемой сети. Первичный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения: Iс.з=Iном*(I 1/Iном)=208*0,3=62,4 А. При проверке чувствительности защиты учитываем, что благодаря направленности торможения при внутренних кз тормозной ток отсутствует. Чувствительность при двухфазном кз на стороне НН Кч=730*0,87/62,4=10,18 Вывод: чувствительность достаточная. 4.3 Защита от перегрузки “Сириус-Т”. Уставка сигнала перегрузки принимается равной: Iсз=Котс*Iном/Кв=1,05*3,4/0,95=3,76, где коэффициент отстройки Котс=1,05; коэффициент возврата в данном устройстве равен Кв=0,95. Номинальный ток Iном рекомендуется определять с учетом возможности увеличения его на 5% при регулировании напряжения. Для трансформатора мощностью 40 МВА номинальные вторичные токи на среднем ответвлении на сторонах ВН и НН равны 3,4 и 3,5 А. Расчетные значения уставки нагрузки равны. Сторона ВН:Iвн=1,05*1,05*3,4/0,95=3,95 А Сторона НН:Iнн=1,05*1,05*3,5/0,95=4,06 А Если трансформатор имеет расщепленную обмотку НН, то контроль перегрузки должен производиться устройствами защиты вводов, установленных на выключателях стороны НН. Защит действует на шинах с tсз=6с.
Расчет параметров срабатывания (уставок) максимально токовой защиты заключается в выборе тока срабатывания защиты (первичного); тока срабатывания реле. Кроме того производится расчетная проверка трансформатора тока. Выбор тока срабатывания. Уставки по току максимальной токовой защиты должны обеспечивать несрабатывание защиты на отключение при последовательных перегрузках и необходимую чувствительность при всех видах кз в основной зоне и в зоне резервирования. Iсз=Ксз*Ксх/Ктт=265*1/(300/5)=4,42 А Проверка чувствительности максимальной токовой защиты. Кч I (3) k.min.вн/Iсз=0.87*730/265=2,4 Кч I (3) k.min.вн/Iсз=0,87*5,28/265=1,73 1,2
Iкз.нн.=Iкз.вн*Uвн/Uнн=730*(96,58/10)=7050 А Пуск по напряжению. Расчет максимально токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению, установленной на стороне 10,5 кВ. Первичное напряжение срабатывания защиты для реле минимального напряжения по условию отстройки от напряжения самозапуска при включении от АРВ или АПВ заторможенных двигателей нагрузки и по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего кз принимается: Uсз=0,6Uном=0,6*10500=6300В При этом напряжение срабатывания реле минимального напряжения составит: Uср=Uсз/Кч=0,6*10500/(10500/100)=60 В. К установке принимается реле РН-54/160 Для фильтра-реле напряжения обратно последовательности напряжения срабатывания защиты принимается по условию отстройки от напряжения небаланса в нагрузочном режиме. U2сз 0,06*Uном=0,06*10500=630В Напряжение срабатывания фильтра-реле напряжения обратной последовательности. U2ср=U2сз/К U =630/(10500/100)=6В Принимается к уставке фильтр-реле РСН-13. Проверка чувствительности по напряжению при кз в точке-5-для реле минимального напряжения. КчU=Uсз*Кв/Uз.max=6,3*1,2/4,1=1,84 1,2 где Uз.max= 3*I (3) к-4max*Zkw.min= *5280*0,45=4,1кВ здесь I (3) к-4max- ток трехфазного кз в конце кабельной линии в максимальном режиме работы (режим 9) -для фильтра реле напряжения обратной последовательности.
где U2з.min=0,5*Uном.нн.- *I 2 max*Zkw.min=0,5*10,5-( 2)*0,3*1,5=5,25-2,05=3,2кВ здесь I 2 max – ток обратной последовательности в месте установки защиты при замыкании между двумя фазами в конце кабельной линии в максимальном режиме работы. Можно принять: I 2 max=I (3) k-4.max/2=I (2) k-4.max/2 Выбор выдержек времени защит производится по ступенчатому принципу tсз мтз-10=tсз.св-10+ t=1+0,5=1,5c (РВ-128) tсз мтз-110=tсз.мтз-35+ t=2,3+0,3=2,6 (РВ-0,1) где tсз.св-10 –время срабатывания защиты на секционном выключателе 10 кВ Ступень селективности t принята для реле времени РВ-0,1 t=0,3с, для реле времени РВ-128 t=0,5с.
6.Расчет 10-ти процентной погрешности трансформаторов тока ТФНД-110. Коэффициент трансформации =100/5 Расчетная кратность 10-ти процентной погрешности: К (10) расч.=1,1*Iс/I1ном.=1,1*1440/100=15,84 по кривой 10-ти процентной погрешности определяется допустимая вторичная нагрузка Z2доп. Z2доп.=2 Ом Z2доп.=Zp+Rпр+R 0,05 перех. Zp=0,25Ом Z2доп.=Zp+Rпр+Rперех. Rпр=2-0,25-0,05=1,7 Ом q= *l/ Rпр=0,0285*70/1,7=1,17 |
Тема 8. Защита линий напряжением 110-220 кВ
Лекция 12. Защита линий напряжением 110-220 кВ
Дистанционные защиты.
3. Назначение и принцип действияд истанционных защит.
Характеристики выдержки времени дистанционных защит.
5. Принципы выполнения селективной защиты линий с помощью Дз.Структура защиты линии с использованием дистанционной защиты.
6. Устройство блокировки при качаниях (УБК)
7. Схемы включения дистанционных органов на ток и напряжение. Требования к схемам включения
8. Технические характеристики цифровых защит
9. Ускорение дистанционных защит по ВЧ каналу.
Общие сведения о защите линий напряжением 110-220 кВ
Сети напряжением 110 – 220 кВ работают в режиме с эффективно или глухозаземленной нейтралью. Поэтому любое замыкание на землю в таких сетях является КЗ с током, иногда превышающим ток трехфазного КЗ. Такое КЗ подлежит отключению с минимально возможной выдержкой времени.
Линии высокого напряжения работают с большими токами нагрузки, что требует применения защит со специальными характеристиками. На транзитных линиях, которые могут перегружаться применяются дистанционные защиты, позволяющие эффективно отстроиться от токов нагрузки. На тупиковых линиях во многих случаях можно обойтись токовыми защитами. Токовые и дистанционные защиты выполняются ступенчатыми. Количество ступеней должно быть не менее 3, в ряде случаев бывает необходимо 4 - 5 ступеней.
Согласно ПУЭ, устройства предотвращения перегрузки должны применяться в случаях, если допустимая для оборудования длительность протекания тока перегрузки составляет более 10…20 мин. Защита от перегрузки должна действовать на разгрузку оборудования, разрыв транзита, отключение нагрузки и только в последнюю очередь на отключение перегрузившегося оборудования.
Линии высокого напряжения имеют значительную длину, что усложняет поиск места повреждения. Поэтому, линии должны оснащаться устройствами, определяющими расстояние до места повреждения (ОМП). Согласно директивным материалам СНГ, средствами ОМП должны оснащаться линии длиной 20 км и более. Защиты линий на цифровых реле позволяют одновременно выполнять функцию ОМП.
Задержка в отключении КЗ может привести к нарушению устойчивости параллельной работы электростанций. Вследствие длительной посадки напряжения может остановиться оборудование электростанций и нарушиться технологический процесс производства электроэнергии, могут произойти дополнительные повреждения линии, на которой возникло КЗ. Поэтому, на таких линиях применяются защиты, которые отключают КЗ в любой точке без выдержки времени. К таким защитам относятся дифференциальные защиты, установленные по концам линии и связанные высокочастотным, проводниковым или оптическим каналом связи или обычные защиты, ускоряемые при получении разрешающего или снятии блокирующего сигнала с противоположной стороны.
Все требуемые защиты выполняются на базе одного цифрового устройства. Однако, выход со строя этого одного устройства оставляет оборудование без защиты, что недопустимо. Поэтому защиты линий высокого напряжения целесообразно выполнять из двух комплектов: основного и резервного. Резервный комплект может быть упрощен по сравнению с основным: не иметь АПВ, ОМП, иметь меньшее количество ступеней и т.д. Резервный комплект должен питаться от другого автомата оперативного тока, других комплектов трансформаторов тока и трансформаторов напряжения и действовать на отдельный соленоид отключения выключателя.
Устройства защиты высоковольтных линий должны учитывать возможность отказа выключателя и поэтому должны иметь УРОВ.
Для анализа аварии и работы релейной защиты и автоматики требуется регистрация сигналов при аварийных событиях.
Таким образом, для высоковольтных линий комплекты защиты и автоматики должны выполнять следующие функции:
Защиту от междуфазных КЗ и коротких замыканий на землю.
Трехфазное или пофазное АПВ.
Защиту от перегрузки.
Определение места повреждения.
Осциллографирование токов и напряжений при возникновении КЗ, а также регистрацию дискретных сигналов защиты и автоматики.
Устройства защиты должны резервироваться или дублироваться.
Для линий, имеющих выключатели с пофазным управлением, необходимо иметь защиту от неполнофазного режима, так как длительный неполнофазный режим в сетях напряжением 110 – 220 кВ не допускается.
Дистанционные защиты (Дз)
Назначение и принцип действия. Дистанционные защиты - это сложные направленные или ненаправленные защиты с относительной селективностью, выполненные с использованием минимальных реле сопротивления.
Дз реагируют на величину сопротивления линии до места КЗ, которое пропорционально расстоянию, т.е. дистанции. Отсюда и происходит название дистанционной защиты. Для работы дистанционной защиты необходимо наличие цепей тока от ТТ присоединения и цепей напряжения от ТН.
Рис. 12.1. Кольцевая сеть с двумя источниками питания. О – максимальная токовая направленная защита; ∆ – дистанционная защита
Для линий напряжением 110 кВ и выше должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. Тип основной защиты линии определяют, исходя из требований сохранения устойчивости работы энергосистемы. Считается, что требования по устойчивой работе энергосистемы, как правило, удовлетворяются, если трехфазные КЗ на линиях, сопровождающиеся снижением напряжения на питающих шинах, ниже (0,6... ...0,7) Uном, отключаются без выдержки времени (при условии, что расчеты устойчивости не предъявляют других, более жестких требований). Кроме того, применение быстродействующей защиты может оказаться необходимым, когда повреждения, отключаемые с выдержкой времени, могут привести к нарушению работы ответственных потребителей или к недопустимому нагреву проводников, а также при необходимости осуществления быстродействующего АПВ.
На тупиковых линиях напряжением 110-220 кВ следует устанавливать ступенчатые токовые защиты или ступенчатые защиты тока и напряжения. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, предусматривается ступенчатая дистанционная защита. В этом случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать мгновенную токовую отсечку.
Для защиты от замыканий на землю предусматривается ступенчатая токовая защита нулевой последовательности (направленная или ненаправленная).
Для защиты линий напряжением 110-220 кВ от КЗ на землю предусматриваются, как правило, ступенчатые токовые защиты нулевой последовательности. Реле тока всех ступеней защиты включаются на сумму трех фаз, что обеспечивает протекание по ним тока нулевой последовательности при однофазных КЗ на землю. Расчет ступенчатой токовой защиты нулевой последовательности сводится к определению тока срабатывания и выдержек времени отдельных ступеней защиты; необходимости использования в защите реле направления мощности; чувствительности защиты.
Рис. 1. Расчетные схемы для определения тока срабатывания защиты
нулевой последовательности тупиковой ВЛ 110-220 кВ по условиям 1 и 2: а - исходная; б - замещения - для определения эквивалентного сопротивления трансформаторов и линий при однофазном включении (одна из целей отключена); я1л1 -индуктивное сопротивление участка линии л1; хт1 и хт2 - индуктивные сопротивления трансформаторов тl и т2 при включении под напряжение одной фазы
На примере типичной для электроснабжения промышленных предприятий схемы (рис, 1, а) (тупиковая линия с односторонним питанием) рассмотрена методика выбора параметров срабатывания защиты линий, для которых длительный режим работы двумя фазами не предусматривается. Защита может быть выполнена одно- или двухступенчатой.
Учитывая наличие типовых панелей, на линиях, питающих подстанции с заземленной нейтралью, рекомендуется выполнение двухступенчатой защиты с направленной второй ступенью, что дает возможность повысить ее чувствительность и уменьшить время отключения КЗ. Ток срабатывания первой ступени защиты при выполнении ее без выдержки времени выбирают по следующим условиям.
1. Отстройка от броска тока намагничивания трансформаторов, имеющих глухозаземленные нейтрали и включаемых под напряжение при включении линии. Для выключателей с трехфазным приводом это условие при выборе параметров срабатывания защиты не учитывается. Нe учитывается оно также, если первая ступень защиты отстроена по времени от неодновременного включения фаз выключателя. При этом для выключателей с пофазными приводами время срабатывания первой ступени должно быть не менее 0,1-0,2 с (нижний предел - для воздушных выключателей, верхний - для масляных).
Подстанции промышленных предприятии выполняют, как правило, по упрощенным схемам с короткозамыкателями в цепи трансформаторов. При определении чувствительности защиты нулевой последовательности линий, к которой присоединены такие подстанции, следует учитывать уменьшение тока 3/0мин и мощности (3/03 £/„) мин из-за возможного одновременного трехфазного КЗ за трансформатором и однофазного КЗ на землю на высокой стороне трансформатора при включении короткозамыкателя.
Отношение токов нулевой последовательности в защите линии при замыкании на землю одной фазы на выводах высшего напряжения трансформатора с КЗ между тремя фазами на стороне низшего напряжения (режим 1,3) и при замыкании на землю одной фазы (режим 1) может быть определено по табл.
Токовая защита от междуфазных КЗ
Токовые ступенчатые защиты от междуфазных КЗ широко используют на тупиковых линиях 110-220 кВ. В качестве первой ступени, выполняемой, как правило, без выдержки времени, применяют токовую отсечку. Первичный ток срабатывания токовой отсечки, установленной на линии (рис., а) и выполняемой без выдержки времени, определяется следующими условиями:
Отстройка от тока, проходящего в месте установки защиты, при трехфазных КЗ за трансформаторами, питаемыми рассматриваемой линией. Отстройка по этому условию производится по выражению (11), где /£3)макс-наибольший ток в защите при трехфазном КЗ за трансформаторами в максимальном режиме системы и при минимальном сопротивлении трансформаторов с учетом РПН; kH~ 1,3...1,4. При наличии ответвительных подстанций с выключателями на стороне ВН токовая отсечка, защищающая линию, для обеспечения селективности должна быть отстроена от максимального тока КЗ на стороне ВН ближайшей подстанции с выключателями.
Отстройка от тока двигателей нагрузки при трехфазном КЗ на шинах подстанции, на которой установлена данная защита (точка К\ на рис. 37, а). Расчетным при этом является выражение (7.5), где /я,™ - максимальный ток, посылаемый двигателями нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии, при трехфазном КЗ на шинах подстанций, к которым присоединена линия; kH - 1,3.,1,4,
Отстройка от тока самозапуска двигателей нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии. Расчетным по этому условию является выражение (7.2).
Отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов, присоединенных к линии, при ее включении. Расчет производят для трех видов включения: одно- и двухфазного (одновременного включения двух фаз, затем с некоторым запаздыванием включения третьей фазы), а также трехфазного (одновременного включения всех трех фаз). Расчетное выражение имеет вид
где хг экв - эквивалентное сопротивление трансформаторов и линии до места установки защиты для расчетного вида включения. Определение лт экв выполняется аналогично выражению (15). При расчете по однофазному включению учитывают только трансформаторы с заземленной нейтралью, которые вводятся в схему замещения сопротивлениями ху, вычисляемыми по расчетным выражениям на с. 143. При расчете по двухфазному включению в схему замещения вводят сопротивлениями хф все трансформаторы, питаемые от рассматриваемой линии, независимо от режима заземления нейтрали. При расчете по трехфазному включению учитывают также все трансформаторы. При этом трансформаторы вводят в схему замещения сопротивлениями, значения которых равны 1,35* для трансформаторов и 1,3 для автотрансформаторов. Значение коэффициента Сб определяется по табл. 3.
3. Значение коэффициента Сб
Значение коэффициента Cg |
|||||
Тип реле, используемого в защите | Расчетное включение | Сталь магнитопровода трансформаторов - холоднокатаная | Сталь магнитопроводов трансформаторов - горячекатаная |
||
Uном = 110 кВ | Uном = 220 кВ | Uном = 110 кВ | Uном = 220 кВ |
||
Одно- и трехфазное | |||||
Двухфазное | |||||
Одно- и трехфазное | |||||
Следует отметить, что при выборе тока срабатывания отсечки, защищающей линию, изображенную на рис., а, необходимо учитывать режим отключения одной из цепей и подключения всех трансформаторов к оставшейся в работе цепи.
Чувствительность токовой отсечки проверяют в минимальном режиме питающей системы при двухфазном КЗ на шинах подстанций, присоединенных к защищаемой линии. Минимальный коэффициент чувствительности токовой отсечки, когда она выполняет функции
основной защиты, должен быть порядка 1,5. Если токовая отсечка без выдержки времени выполняет функции дополнительной защиты линии, то коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки защиты в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме. В тех случаях, когда простые токовые отсечки не удовлетворяют требованиям чувствительности, может оказаться целесообразным применение комбинированной отсечки по току и напряжению.
Ток срабатывания комбинированной отсечки выбирается из условия обеспечения достаточной чувствительности при двухфазном металлическом КЗ в конце защищаемой зоны в минимальном режиме питающей системы:
где k4 у-коэффициент чувствительности отсечки по току (k4 т = 1,5).
Кроме условия (7,17) /с 0 к должен удовлетворять условию надежной отстройки от токов самозапуска в режиме АПВ в случае неисправностей в цепях напряжения (расчетное выражение (2)). Первичное напряжение срабатывании реле напряжения выбирают по условию отстройки от КЗ на шинах низшего (среднего) напряжения той подстанции, у которой при повреждении за трансформатором, сопровождающимся током, равным /с 0 к, остаточное напряжение в месте установки защиты будет наименьшим:
где гл - сопротивление участка линии от шин питающей подстанции, на которой установлена рассматриваемая защита, до шин ВН подстанции, повреждение за трансформатором которой является расчетным; гт - наименьшее (с учетом РПН) сопротивление трансформатора, повреждение за которым является расчетным; kn- 1,2- коэффициент надежности.
Напряжение срабатывания комбинированной отсечки должно находиться в пределах (0,15...0,65) Uном, что определяется минимальной уставкой стандартных реле напряжения (нижний предел) и условием обеспечения отстройки от возможного снижения напряжения в сети (верхний предел).
Чувствительность комбинированной отсечки по напряжению проверяется по остаточному напряжению Uocr в месте установки защиты при междуфазных напряжениях в конце защищаемой линии в максимальном режиме работа системы:
Коэффициент чувствительности комбинированной отсечки по напряжению должен быть не менее 1,5.
Максимальная токовая защита с выдержкой времени используется, как правило, в качестве второй ступени защиты тупиковых линий напряжением 110-220 кВ. Расчетные выражения для расчета максимальной токовой защиты линий напряжением 6-10 кВ, справедливы и для линий напряжением 110-220 кВ.
Для повышения чувствительности защиту можно выполнить с пуском по напряжению.
Дистанционная защита
Расчет защиты сводится к определению сопротивлений срабатывания и выдержек времени отдельных ступеней, а также ее чувствительности. Для защиты тупиковых линий напряжением 110-220 кВ дистанционную защиту выполняют двухступенчатой при использовании панели ЭПЭ-1636 или одноступенчатой - при использовании панели упрощенных защит.
Сопротивление срабатывания первой ступени защиты выбирают по условию отстройки от КЗ за трансформаторами, которые питаются от рассматриваемой линии. Для защиты линии, изображенной на рис, а, расчетные выражения имеют вид
где гл1 и гл2 - сопротивления участков линии; гт1 и гт3 - минимальные значения сопротивлений трансформаторов Т1 и ТЗ с учетом РПН (если на подстанциях установлены разные трансформаторы, то в выражениях (18) и (19) учитываются трансформаторы, имеющие меньшие сопротивления); kT Tl, кгт3- коэффициенты токораспределения, равные отношениям тока в месте установки защиты и соответственно токов в трансформаторах Т1, ТЗ и на участке линии Л2 при КЗ за трансформаторами. Если на стороне ВН ответвительных подстанций имеются выключатели, то первая ступень защиты для обеспечения селективности отстраивается от сопротивления участка линии до ближайшей подстанции с выключателями.
Очевидно, что расчетными при определении г\ 3 следует принимать режимы, соответствующие максимальным значениям коэффициентов токораспределения. При отсутствии питания со стороны низшего (среднего) напряжения трансформаторов /гт т1 = kr r3 = = 1. В качестве сопротивления срабатывания первой ступени дистанционной защиты принимается меньшее из значений, полученных по формулам (18) и (19).
Выбранное сопротивление срабатывания проверяют по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформаторов при включении линии под напряжение по выражению
(обозначения - см. выражение (14)). Значение коэффициента Сб принимается по работе и данным завода-изготовителя.
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени защиты (пусковой орган) выбирают по условию отстройки от минимального сопротивления в условиях самозапуска электродвигателей нагрузки после отключения внешнего КЗ:
где UUKa сз - минимальное значение первичного напряжений в месте установки защиты в условиях самозапуска электродвигателей, определяемое расчетом (ориентировочно можно принять равным 80-90 % минимального рабочего напряжения сети); kB = 1,05 ... 1,1-коэффициент возврата реле; kH = 1,2 - коэффициент надежности; kC3 - коэффициент самозапуска двигателей в режиме после отключения внешнего КЗ, определяемый расчетом (ориентировочно kC3 = 1,5 . . . 2); /раб мжс - максимальное значение рабочего тока защищаемой линии; <рм_ ч - угол макси- мальвой чувствительности реле сопротивления", <рраб- угол полного сопротивления нагрузки в рассматриваемом режиме после отключения внешнего КЗ.
При выборе параметров срабатывания пусковых органов дистанционной защиты линий с ответвлениями, кроме того, следует учитывать также условие отстройки от режима самозапуска нагрузки подстанций, питающихся от рассматриваемой линии, при включении линии. Сопротивление срабатывания по указанному условию определяют по выражению 7.20, При этом коэффициент kB не учитывают, a kC3 и фраб определяют в режиме самозапуска заторможенной нагрузки при включении линии.
Сопротивления срабатывания реле первой и второй ступеней за- щиты определяют по выражениям
где пт и пк -коэффициенты трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения; £сх- коэффициент схемы включения реле.
По найденным значениям сопротивлений срабатывания выбирают каталожные уставки реле. Коэффициент чувствительности защиты определяют по выражению k4 = г® /2защ, где гзащ - максимальное значение сопротивления, подведенное к защите при КЗ в расчетной точке. Для проверки чувствительности защиты расчетной является точка, характеризующаяся наибольшим значением гзащ, для рассматриваемой на рис. 37, а линии - точка К2:
где kт2 - коэффициент токораспределения, соответствующий режиму, при котором он принимает минимальное значение. Для повышения коэффициента чувствительности защиты можно использовать эллиптическую характеристику пускового органа. Использование эллиптической характеристики реле пускового органа позволяет зачастую обеспечить надежное резервирование защит трансформаторов приемных подстанций. Наименьший допустимый коэффициент чувствительности защиты приблизительно равен 1,5.
Выбранные уставки реле должны быть проверены на чувствительность по току точной работы /тр (приводятся в каталожных данных защиты в зависимости от уставки реле защиты). Чувствительность реле по току точной работы оценивают коэффициентом чувствительности при КЗ в расчетной точке.