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 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.

8. 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.

9.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_Ч должен 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.

10.Расчёт дистанционной защиты

1) Характеристика срабатывания I ступени имеет форму окружности, проходящей через начало координат.

Сопротивление срабатывания определяется:

,

где k_отс=1,15 – коэффициент отстройки, учитывающий погрешности ТТ и ТН и необходимый запас,

- сопротивление защищаемой линии.

Ом.

Приведем ко вторичной стороне.

Коэффициенты трансформации трансформаторов напряжения и тока

;

.

.

Коэффициент чувствительности для первой ступени ДЗ обычно не рассчитывается, так как первая ступень обычно чувствительность обеспечивает.

2) Сопротивление срабатывания II ступени определяем исходя из обеспечения k_Ч, т.к. на линии есть отпайка, то чувствительность проверяем при металлическом к.з. в конце ее

;

3) При выборе первичного сопротивления срабатывания III ступени защиты прежде всего рассматривается возможность отстройки от максимального нагрузочного режима по углу. Для этого следует выбрать угол правой боковой стороны характеристики реле сопротивления III ступени:

,

где - дополнительный угол.

Если это условие удовлетворяется, то первичное сопротивление срабатывания III ступени выбирается по условию обеспечения требуемой чувствительности при каскадном отключении металлического КЗ в конце зоны резервирования.

Рассмотрим возможность отстройки по углу.

.

Если не удается обеспечить отстройку от нагрузочного режима по углу, то первичное сопротивление срабатывания III ступени выбирается по условию отстройки от по выражению:

,

где ; – коэффициент возврата реле сопротивления. Или

,

После этого проверяется, обеспечивается ли требуемый коэффициент чувствительности.

,

При КЗ за автотрансформатором:

.

Проверяем чувствительность по току точной работы для каждой ступени. Для этого из технических данных ШДЭ – 2802 при вторичном номинальном токе 5А выбираем согласно полученным данным, , кратности регулирования уставки по напряжению и диапазона токов точной работы .

Выберем – минимальное сопротивление срабатывания реле при 100% включенных витков вторично обмотки его промежуточного трансформатора.

I ступень: Ом/ф, А;

II ступень: Ом/ф, А;

Для правильной работы должна быть проверена чувствительность каждой ступени по току точной работы, определяемая коэффициентом чувствительности при КЗ между тремя фазами в расчетной точке:

,

где - минимальный первичный ток точной работы рассматриваемой ступени защиты.

Ток для I и II ступеней допустимо определять при КЗ в конце защищаемой линии, при этом минимальное значение .

Проверяем чувствительность по току точной работы для первой и второй ступени (для III, как правило, обеспечивается). Для этого из технических данных реле ШДЭ – 2802 при вторичном номинальном токе выбираем согласно полученным данным , кратность регулирования уставки по напряжению и диапазона токов точной работы :

I ступень: <1,3;

II ступень: <1,3;

Для линий 500 кВ при выборе реле сопротивления ток точной работы должен быть не более 0,15.

11. 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; Δt=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.