Выбор релейной защиты и линейной автоматики

Для ЛЭП 330-500 кВ в качестве основной защиты выбираем высокочастотную дифференциально-фазную защиту в составе панели ДФЗ – 503 или ДФЗ-501, для длинных, сильно нагруженных ЛЭП.

Панель защитная типа ДФЗ–503 представляет собой дифференциально-фазную высокочастотную защиту, предназначенную для применения в качестве основной защиты линий электропередачи напряжением 330–500 кВ.

Защита является быстродействующей, действует при всех видах коротких замыканий и не реагирует на качания в системе.

В качестве резервной защиты устанавливается защита, выполненная на базе шкафа ПДЭ-2000. Панель дистанционной защиты линии 330-500 кВ имеет стандартный набор защит:

трехступенчатая направленная дистанционная (ДЗ) - для защиты линии от междуфазных коротких замыканий;

трехступенчатая (четырехступенчатая) токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП) - для защиты линии при замыканиях на землю;

токовая отсечка - при “близких” коротких замыканиях;

устройство блокировки при качаниях;

устройство блокировки при неисправностях в цепях напряжения;

Реле тока для устройства резервирования при отказе выключателей (УРОВ).

Так как в данном курсе лекций “ Основы проектирования релейной защиты и автоматики

электроэнергетических систем”, расчет уставок для основных и резервных защит линии 330-500 кВ не рассматривался, то в данной задаче произведем расчет уставок основных и резервных защит по методике расчета уставок для линий 110-220 кВ.

6. Расчёт высокочастотной дифференциально-фазной защиты

Расчёт пусковых органов при симметричных повреждениях

1) Ток срабатывания реле пуска передатчика отстраивают от максимального тока нагрузки линии

А,

где - коэффициент запаса по избирательности; - коэффициент возврата реле; =1815 А - наибольший ток нагрузки, принимается по длительно допустимому току линии; - коэффициент трансформации ТТ линии. Применяем трансформатор тока для линии 500 кВ ТФЗМ 500Б с

2) Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условиям согласования с током срабатывания реле пуска передатчика

А,

где =1, 4 – коэффициент согласования различных полукомплектов защиты.

3) Чувствительность токовых пусковых органов проверяют при трёхфазном КЗ в конце линии в минимальном режиме.

;

;

Так как чувствительность токовых органов недостаточна, то цепи пуска дополняются реле сопротивления.

4) Уставка срабатывания реле сопротивления выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки линии.

< 1, 5.

Расчёт пусковых органов при несимметричных повреждениях

1) Ток срабатывания фильтра – реле обратной последовательности подготовки цепи отключения отстраивают от тока небаланса в максимально нагрузочном режиме

,

где - коэффициент запаса по избирательности; - коэффициент согласования цепей пуска передатчика и подготовки отключения различных полукомплектов защиты; - коэффициент возврата фильтра-реле; - приведённый к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности; - ток обратной последовательности при несимметричной нагрузке, приведённый к первичной цепи.

Находим токи срабатывания цепи подготовки отключения по обратной (при ) последовательности тока:

А.

Уставки срабатывания реле пуска передатчика выполнены соответственно вдвое меньше пускового тока отключения, т. е:

А.

2) Уставку срабатывания выберем по условию обеспечения необходимого коэффициента чувствительности равного 2.

,

где - наименьшее значение вторичного тока обратной последовательности при различных видах КЗ в конце защищаемой линии в минимальном режиме. Наименьший ток обратной последовательности при :

,

принимается А.

3) Чувствительность пускового органа по току обратной последовательности определяется для каждого вида КЗ (проверяем только при , т.к. в этом случае токи обратной последовательности минимальны).

: I2 = 995;

< 2

4) Уставка срабатывания фильтра – реле по току нулевой последовательности отстраивается от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме аналогично

А.

Но обычно это условие не является расчётным и выбор уставки производят по характеристикам чувствительности защиты с учётом токов и .

5) Результирующую чувствительность пускового органа с учётом токов обратной и нулевой последовательностей определяется по семействам характеристик кратности тока срабатывания отключающего реле по отношению к току срабатывания при заводской уставке при различных сочетаниях . Поскольку расчёты результирующей чувствительности пусковых органов производятся для каждого вида КЗ и каждого расчётного режима, то определение результирующей чувствительности пусковых органов становится затруднительным.

Для упрощения определения результирующего коэффициента чувствительности группы семейств характеристик представлены в обобщённых координатах .

Используя обобщённые кривые, находим результирующую чувствительность пусковых органов для любого вида КЗ в следующей последовательности:

а) по известной уставке находится кратность вторичного тока обратной последовательности для рассматриваемого режима и вида КЗ

;

б) для полученного значения по соответствующей кривой находится относительный расчётный ток нулевой последовательности, соответствующий ; .

в) определяют расчётную уставку срабатывания по току нулевой последовательности, выбирая ближайшую меньшую

: 3I0 =2984 A;

А;

Принимаем А.

г) находится фактическая кратность тока нулевой последовательности при выбранной уставке

.

д) определяется результирующий коэффициент чувствительности для известных значений , т. е. .

Расчёт органа манипуляции

1) Выбирается коэффициент органа манипуляции из условия обеспечения преимущественного сравнения фаз токов обратной последовательности при КЗ в конце линии. Расчёт производится для худшего случая – двухфазного КЗ на землю, когда токи прямой и обратной последовательностей находятся в противофазе.

;

где - коэффициент запаса;

: A;

А – расчётный вторичный ток прямой последовательности, подводимый к органу манипуляции;

: A;

А - расчётный вторичный ток обратной последовательности, подводимый к органу манипуляции.

,

Берем .

Для панели ДФЗ – 201 коэффициент органа манипуляции может быть выполнен равным 4, 6, 8, что соответствует минимальному току надёжной манипуляции (по прямой последовательности), равному 1, 1; 1, 6; 2, 0 А, и углу блокировки 45, 52, 60.

Для панели ДФЗ – 501 коэффициент органа манипуляции может быть выполнен равным 6, 8, 10, что соответствует минимальному току надёжной манипуляции (по прямой последовательности), равному 0, 18; 0, 24; 0, 3 А, и углу блокировки 50, 57, 65.

2) Проверяется обеспечение надёжной манипуляции по минимальному току на входе фильтра при симметричных и несимметричных КЗ:

а) при несимметричном КЗ расчётным является случай двухфазного КЗ на землю в конце защищаемой линии

;

> 1, 1;

б) при симметричных КЗ расчётным является замыкание в начале линии, когда погрешность трансформаторов тока наибольшая

I1 = 30691 A;

.

Расчёт органа сравнения фаз

Расчёт органа сравнения фаз не производится. Угол блокировки защиты определяется условиями искажения угла вследствие погрешности ТТ и запаздывания высокочастотного сигнала по линии. Принимаем, так как длина линии > 120 км, .

Из расчетов видно, что установка панели ДФЗ-201 не применима для линии 500 кВ.

7.Расчёт токовой отсечки

Шкаф ШДЭ-2802 содержит токовую отсечку от многофазных КЗ. Измерительный орган тока отсечки от междуфазных КЗ включен на токи фаз А и С.

Ток срабатывания определим по условию отстройки при КЗ на шинах противоположной подстанции:

I_c.з ≥ k_отс ^. I⁽³⁾_{кз max}.

k_отс =1, 2.

I⁽³⁾_{кз max} = 3833 А;

I_с.з = 1, 2 ∙ 3833 = 4599, 6 А;

Коэффициент чувствительности проверяем при К⁽²⁾ вблизи места установки защиты в минимальном режиме.

, k_Чдолжен быть не менее 1, 2.

I⁽²⁾_к.min = 26609 А;

k_Ч = 26609 /4599, 6 =5, 7 > 1, 2,

следовательно, токовая отсечка удовлетворяет условию чувствительности.

8.Расчёт дистанционной защиты

· I ступень имеет форму окружности, проходящую через начало координат.

Сопротивление срабатывания определяется:

, где ,

Ом

Коэффициент чувствительности по току точной работы

· II ступень дистанционной защиты

Сопротивление срабатывания определим, исходя из обеспечения Кч:

Сопротивления срабатывания реле .

Выдержка времени с.

· III ступень дистанционной защиты

Осуществляет дальнее резервирование. Сопротивление срабатывания III ступени выбирается по условию отстройки от по выражению:

Выдержка времени с.

Проверяется чувствительность при КЗ в конце зоны резервирования.

Сопротивления срабатывания реле .

Коэффициент чувствительности по току точной работы

9. Расчёт ТНЗНП

I ступень. Ток срабатывания определяется по двум условиям:

1) отстройки от тока замыкания в конце линии

, где k_отс = 1.3 ¸ 1.5 – коэффициент отстройки.

2) отстройки от утроенного тока нулевой последовательности при неодновременном включении фаз выключателя:

Ток срабатывания определяем по условию (1), так как выключатели на ЛЭП 220 кВ, как правило, не имеют пофазного управления выключателями.

I^I_{ос. з} = 1, 3 ^. 3283 = 4268 А; I^I_{ос. з втор.} = 4268 /2000 = 2, 134 А.

Чувствительность проверяем при К⁽¹⁾ в начале линии:

k_ч =3I_{оз мин} / I^I_{ос. з} = 34345 / 4268 = 8, 05 > 2.

II ступень. Ток срабатывания определяется из условий:

1) Согласования I ступени защиты предыдущей линии

2) Отстройки от утроенного тока нулевой последовательности в защите в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ.

Поскольку линия питается непосредственно с шин электростанции, то эти условия в данном случае неприменимы.

Определим ток срабатывания исходя из требуемого коэффициента чувствительности при однофазном КЗ в конце зоны.

Время срабатывания определяется из условия отстройки от времени срабатывания быстродействующих защит смежного элемента.

где t_быстр=0.1 c; Δ t=0, 5 c. – ступень селективности.

III ступень. Применяется в случаях неудовлетворительной чувствительности II ступени.

Определим ток срабатывания исходя из требуемого коэффициента чувствительности при однофазном КЗ в конце зоны.

;

IV ступень. Ток срабатывания отстраивается от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при трехфазных КЗ за автотрансформатором.

,

где , при - учитывает увеличение тока небаланса в переходном режиме, , при > (2…3) - коэффициент небаланса, зависящий от кратности тока к номинальному току ТТ.

А

А.

Коэффициент чувствительности проверяем при К⁽¹⁾ в конце зоны резервирования:

Время срабатывания определяется из условия отстройки от t_с.з последних ступеней защиты автотрансформатора:

с.