Релейная защита

Исходные данные:

Номинальное напряжение сети, кВ –  110 кВ;

Максимальная мощность трехфазного  короткого замыкания, МВА –5710/3290;

Длина питающей линии, км – 40;

Длина смежной линии, км – 20;

Тип и мощность трансформатора, кВА – ТДТН – 16000/110   115/38.5/11кВ

Мощность нагрузки, МВт  – 45;

Напряжение источника  оперативного тока, В – 220

Расстояние от ОРУ до релейного щита, м 75-120.

Мощность трансформатора собственных нужд, кВА – 160

 

 

 

 

 

Однолинейная схема сети и понижающей подстанции.

 

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

 

 

 

 

Схема замещения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В энергетических системах на электрооборудовании электростанций, в электрических сетях и на электроустановках потребителей электроэнергии могут возникать повреждения  и ненормальные режимы.

Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы.

Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушение в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных линий и оборудования, по которым этот ток проходит.

Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом.

Ненормальные  режимы обычно приводят к отклонению величины напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждением оборудования и линий электропередачи.

Таким образом, повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а ненормальные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения  нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо возможно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким путем нормальные условия работы энергосистемы и потребителей. Опасные последствия ненормальных режимов также можно предотвратить, если своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению: снизить ток при его возрастании, повысить напряжение при его снижении и т.п..

В связи с этим и возникает  необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающих систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и ненормальных режимов.

Релейная  защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем. Она осуществляет непрерывный контроль за состоянием и режимом работы всех элементов энергосистемы и реагирует на возникновение повреждений и ненормальных режимов.

При возникновении повреждений защита выявляет и отключает от системы поврежденный участок, воздействуя на специальные силовые выключатели, предназначенные для размыкания токов повреждения.

При возникновении ненормальных режимов защита выявляет их, и, в зависимости от характера нарушения, производит операции, необходимые для восстановления нормального режима, или подает сигнал дежурному персоналу.

Для правильной работы, защита должна обладать селективностью, устойчивостью  функционирования и надежностью.

Селективность – избирательность, то есть способность защиты отключать при коротком замыкании только поврежденный участок сети.

Устойчивость  функционирования характеризуется чувствительностью и быстротой срабатывания. Отключение короткого замыкания должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения оборудования, повышения эффективности автоматического повторного включения линий и сборных шин, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов, электростанций и энергосистемы в целом. Чувствительность – способность реагировать на отклонение от нормального режима, возникающим при коротком замыкании. Чувствительность характеризуется коэффициентом чувствительности ( ).

Требование надежности состоит в том, что защита должна безотказно работать при коротком замыкании в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно в режимах, при которых ее работа не предусматривается.

 

 

1. Расчёт сопротивлений элементов сети

1 ) Определим реактивное сопротивление системы в максимальном и минимальном режимах работы:

 

.

2) Определим   сопротивление линий.

Для того чтобы определить марку провода линии, найдем значение тока при заданной мощности нагрузки:

Выбираем марку провода  АС 95 / 16 со следующими каталожными данными:

 

 

 

Найдем полные сопротивления  линий l₁ и l₂ :

3) Определим сопротивление  трехобмоточного трансформатора:

,      , .

          

4) Определим полные  сопротивления до точек коротких  замыканий: К1, К2, К3, К4, К5.

Сопротивления до точки короткого  замыкания К1:

Сопротивления до точки короткого  замыкания К2:

Сопротивления до точки короткого  замыкания К3:

Сопротивления до точки короткого  замыкания К4:

Сопротивления до точки короткого  замыкания К5:

 

2. Расчёт токов короткого замыкания

Ток короткого  замыкания в точке К1:

1)при трехфазном коротком  замыкании

  2)при двухфазном коротком  замыкании:

Ток короткого  замыкания в точке К2:

1)при трехфазном коротком замыкании:

 

 2)при двухфазном коротком замыкании:

Ток короткого  замыкания в точке К3:

1)при трехфазном коротком замыкании:

2)при двухфазном коротком замыкании:

Ток короткого  замыкания в точке К4:

 

 

 

 

 

 

 

1)при трехфазном коротком замыкании:

2)при двухфазном коротком замыкании:

 

Ток короткого  замыкания в точке К5:

1)при трехфазном коротком  замыкании:

2)при двухфазном коротком замыкании:

Таблица №1

I	К1	К2	К3	К4	К4прив	К5	К5прив
Iк(3)max	28.668	2.882	1.97	0.843	2.518	0.57	10.4
Iк(3)min	16.517	2.71	1.896	0.425	1.269	0.292	5.33
Iк(2)min	14.304	2.374	1.642	0.368	1.099	0.253	4.61

 

3. Выбор параметров первой, второй и третей ступеней защиты.

На защищаемом элементе сети должна устанавливаться основная и  резервные защиты. Основная защита предназначена для действия при  коротком замыкании в пределах с  минимальной выдержкой времени. Резервная защита предназначена  для работы вместо основной. В качестве основной используются первая и вторая ступени токовой защиты. Третья ступень является резервной. Все защиты должны выполняться селективными. Необходимость использования неселективных защит должна быть обоснована.

Согласно требованиям  все К(3) в сетях 110-330 кВ, при которых остаточное напряжение на шинах подстанции питающей системы должны отключаться защитами, действующими без выдержки времени.

Основными параметрами релейных защит являются - ток срабатывания защиты и - коэффициент чувствительности. Ток срабатывания защиты - наименьший ток, при котором защита срабатывает.

,

где - минимальный ток короткого вида m замыкания на границе зоны действия.

 

1) Селективность действия  первой ступени токовой защиты (токовой отсечки) достигается  выбором  , который больше в конце защищаемой линии.

- учитывает возможное влияние  апериодической составляющей, неточность  расчета  и погрешность трансформаторов тока, выбирается возможно меньше.

 при использовании реле  РТ – 40.

Следовательно,

 

 

Кч удовлетворяет требованиям ( )

 

 

Кч неудовлетворяет требованиям ( )

 

2) Третья ступень токовой  защиты может выполняться с  независимой и ограниченно зависимой  выдержкой времени. Селективность  защиты обеспечивается выбором  выдержки времени по ступенчатому  принципу:

Ток срабатывания МТЗ выбирается по условию отстройки от максимального  рабочего тока с учетом I самозапуска двигателей после отключения внешнего К.З

, 

- учитывает погрешности реле  РТ-40 и расчета.

- коэффициент самозапуска.

- коэффициент возврата.

 

IV.        Защита линии 110 кВ от коротких замыканий на землю

 

Пусковые органы защиты (реле тока) подключены к фильтру тока нулевой  последовательности. На выходе фильтра  тока нулевой последовательности (нулевой  провод полной звезды) при различных  видах коротких замыканий может  быть только  ток нулевой последовательности, поэтому защита реагирует на короткие замыкания однофазные и междуфазные, связанные с землей. Схема оперативных  цепей МТЗ нулевой последовательности аналогична схеме оперативных цепей  междуфазной МТЗ.

Для расчета токов короткого  замыкания на землю составляются схемы замещения прямой и обратной последовательностей (в распределительных  сетях они одинаковы) и нулевой  последовательности.

 

1)Определим сопротивления  нулевой последовательности.

 

 

 

 

 

Схема замещения нулевой  последовательности

2)Определим ток  нулевой последовательности при  однофазном коротком замыкании  на землю в точке К1:

Со стороны системы:

Со стороны линии:

4)Определим ток  нулевой последовательности при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К1:

Со стороны системы:

Со стороны линии:

5)Определим ток  нулевой последовательности при однофазном коротком замыкании на землю в точке К2:

Со стороны системы:

Со стороны трансформатора:

6)Определим ток  при двухфазном коротком замыкании  на землю в точке К2:

Со стороны системы:

Со стороны трансформатора:

7)Выбор уставок реле от замыканий на землю

 

1) Первая ступень

Первая ступень защиты достаточно чувствительна  , поэтому вторую ступень защиты выполнять не будем.

2) Третья ступень 

Коэффициенты чувствительности обеих ступеней защиты удовлетворяют  требованиям.

 

 

 

 

Защита трансформатора.

Согласно ПУЭ на трансформаторах  должны быть установлены сл. ащиты:

 

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах  и на их соединениях с коммутационными  аппаратами. Могут быть также опасные  ненормальные режимы работы, не связанные  с повреждением трансформатора или  его соединений. Возможность повреждений  и ненормальных режимов обуславливает  необходимость установки на трансформаторах  защитных устройств.

Основными видами повреждений  являются многофазные и однофазные короткие замыкания в обмотках и  на выводах трансформатора, а также  «пожар стали» магнитопровода. Однофазные бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятные многофазные и однофазные короткие замыкания на выводах трансформатора и однофазные витковые замыкания в обмотках. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение повреждённого трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.  Но использовать для этого дифференциальные или дистанционные защиты не предоставляется возможным. Так как при малом числе замкнувшихся витков ток в поврежденной фазе со стороны питания может оказаться даже меньше значения номинального тока, а напряжения на выводах трансформатора практически не изменится.