Общие сведения.

Расчет уставок УРЗ производится, как правило, по начальному значению периодической слагающей полного тока КЗ (сверхпереходный ток). Считают, что благодаря действию установленных на генераторах автоматических регуляторов и форсировке возбуждения полные токи в ветви КЗ и во всех других ветвях и их составляющие мало изменяются во времени, особенно при несимметричных повреждениях, удаленных от генерирующих источников. Это существенно упрощает расчет УРЗ с выдержкой времени, реагирующих на составляющие нулевой или обратной последовательности. Возникающая при этом погрешность компенсируется тем, что уставки УРЗ рассчитываются с запасом, который создается, в частности, коэффициентом отстройки.

Полные фазные токи и токи прямой последовательности в ветвях, удаленных от ветви КЗ, в начальный момент времени могут быть использованы лишь для ориентировочных представлений о значениях токов в произвольный момент времени и при небольшой длительности повреждения.

Подтверждением правильности выбора комплекса УРЗА автоматизируемого объекта является проверка соответствия его основным требованиям: селективности, устойчивости (чувствительности) и надежности функционирования. Указанные требования должны выполняться в комплексе.

План расчетов аварийных режимов для целей проектирования РЗА должен быть в определенной степени избыточным, чтобы не возникла необходимость в проведении дополнительных расчетов, увеличивающих время выполнения проекта, в случаях, когда результат проверки чувствительности неудовлетворителен и требуется указанная выше перестройка УРЗ или использование более совершенных ИО.

План расчетов аварийных режимов для целей проектирования РЗА должен быть в определенной степени избыточным, чтобы не возникла необходимость в проведении дополнительных расчетов, увеличивающих время выполнения проекта, в случаях, когда результат проверки чувствительности неудовлетворителен и требуется указанная выше перестройка УРЗ или использование более совершенных ИО.

План расчетов аварийных режимов для целей проектирования РЗА должен быть в определенной степени избыточным, чтобы не возникла необходимость в проведении дополнительных расчетов, увеличивающих время выполнения проекта, в случаях, когда результат проверки чувствительности неудовлетворителен и требуется указанная выше перестройка УРЗ или использование более совершенных ИО.

3. Выбор измерительных трансформаторов тока и напряжения

Выбор ТТ производится по роду установки, по номинальному, максимальному рабочему или по допустимому току для провода известного сечения. Вторичный номинальный ток ТТ- 5 А.

Максимальный рабочий ток определяется по максимальному перетоку мощности по защищаемому элементу в аварийных режимах (определяется суммированием мощностей нагрузок, проходящих через него).

Выбираем ТТ типа ТВ-110-I-200/5

Основные технические характеристики ТТ

Проверка погрешности трансформаторов тока

Определяем кратность тока для трансформатора тока с соединением обмоток в звезду

по кривой зависимости К=?(Z_Н) определяем Z_ДОП.

характеристика 3 - n_ном=150/5

Коэффициент трансформации данного трансформатора тока 150/5.

Z_ДОП=1,4 Ом.

Определяем расчетное сопротивление для соединения Y/Y

Z_РАС=Z_Ф+Z₀+R_ПЕР;

Z_Ф=Z_КАБ+Z_РЕЛЕ;

Сопротивление через мощность потр. шкафа:

т.к. в Z_КАБ входят Z_Ф и Z₀=0,14 Ом

R_ПЕР=0,1 Ом

Z_РАС=0,14+0,48+0,1=0,72

Условие проверки: Z_РАС ‹ Z_ДОП

Z_РАС=0,72 ‹ Z_ДОП=1,4

Условие проверки выполняется, следовательно погрешность выбранного трансформатора тока не превышает 10%.

Выбор измерительных трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения выбираем по номинальному напряжению первичной обмотки U_НОМ=110 кВ.

НКФ-110-83У1

4. Согласование действия УРЗ и УАПВ

Производится с целью снижения времени отключения КЗ и вероятности нарушения устойчивости параллельной работы генераторов ЭЭС.

Применяется ускорение действия защиты до или после АПВ, поочередное АПВ и др. Первый вариант приемлем при радиальной конфигурации сети с числом участков не более 3^х. УДЗ после АПВ - более универсальный вариант совместного действия защиты и АПВ, применяемый в случаях, когда линия оборудована быстродействующей защитой. Поочередное АПВ позволяет ускорить отключение КЗ, вызывающих снижение напряжения на шинах источника питания ниже 60% от номинального.

Выбор типа УАПВ диктуется схемой сети и местом, ролью автоматизируемого элемента в ней, степенью загрузки ЛЭП, типом выключателя, временными параметрами выключателя и защиты, уровнем тока несинхронного включения и др.

Располагаемых исходных данных недостаточно для проектирования УАПВ, поэтому ограничимся только общей информацией.

Расчет уставок АПВ

Расчет уставки АПВ в первом цикле:

t_1АПВ=t_СЗ+t_ОВ+t_ДС-t_ВКЛ+t_ЗАП,

где t_СЗ=t^II=t^I+Дt=0.03+0.5=0.53 с - выдержка времени второй ступени защиты;

t_ОВ=0,08 с - время отключения выключателя МКП-110-1000-20У1.

t_ДС=0.25 с - время деионизации среды;

t_ВКЛ=0.45 с - время включения выключателя;

t_ЗАП=0.4-0.5 с - запас времени;

t_АПВ=0.53+0.08+0.25-0.45+0.5=0.91 c.

Расчет уставки АПВ для второго цикла

t_2АПВ=t^max_СЗ+t^max_ВЫК+t_ЗАП, т.к. время запаса t_ЗАП=15-20 с. ›› (t^max_СЗ+t^max_ВЫК), то принимаем t_2АПВ=20 с.

5. Расчет уставок устройств релейной защиты ЛЭП 110 кВ

Расчет токовой направленной защиты нулевой последовательности

При расчете ТЗНП определяются: токи срабатывания и выдержки времени отдельных ступеней, необходимость в использовании и тип ОНМ, чувствительность.

Количество ступеней определяется с учетом особенностей защищаемой линии. Четырехступенчатая ТЗНП применяется на линиях 110 - 500 кВ при наличии питания с двух и более сторон. Ступени ТЗНП, кроме последней, являются токовыми отсечками. Последняя, наиболее чувствительная ступень, предназначена для дальнего резервирования.

Резервный комплект ШДЭ-2802 содержит двухступенчатые дистанционную защиту и токовую направленную защиту нулевой последовательности, блокировку при качаниях (БК) и при неисправностям в цепях напряжения (БН) (используются блокировки основного комплекта).

Защита выполнена четырехступенчатой, причем первая и вторая ступени контролируются разрешающим органом направления мощности (ОНМр), а третья и четвертая ступени - разрешающим или блокирующим OHM (ОНМб). Уставки токовых ИО (КАN1 - КAN4) регулируются дискретно, ступенью, равной 10% от минимальной, поэтому после определения тока срабатывания производится его округление до ближайшего большего значения.

Расчет уставок измерительных органов ТЗНП

Первая ступень выполняется в виде токовой отсечки без выдержки времени. Ток срабатывания данной ступени отстраивается от максимального значения периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки проектируемой защиты (3*I03), в следующих режимах:

- при КЗ на землю на шинах приемной подстанции, когда параллельная линия отключена и заземлена на обоих концах;

- при КЗ одной фазы на землю на параллельной линии у шин отправной подстанции, когда ближайший к месту повреждения выключатель отключен;

Ток срабатывания первой ступени рассчитывается по выражению:

I 0сз1> kотс*3I₀₃ [4]

komc - коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,3

Расчёт уставок первой ступени ТЗНП производим при помощью программы ТКЗ-3000.

Программный модуль

Результаты расчета

Выбираем для линий W0 уставку по максимуму с учетом коэффициента отстройки

I¹_{ОСЗ W0}=1491 А

Величина уставки во вторичной цепи через коэффициент трансформации трансформатора тока:

I¹_ТW0= I¹_ОСЗW0* 5/I_НОМ.ТТ =1491 * 5/150= 49,7 А

Величина уставки входит в диапазон токов срабатывания токовых ИО.

Вторая ступень выполнена в виде токовой отсечки с выдержкой времени, большей, чем у ступеней УРЗ предыдущих элементов, с которыми производится согласование.

Ток срабатывания второй ступени ТЗНП должен быть:

- отстроен от КЗ на землю за АТ приемной подстанции на стороне его смежного напряжения, примыкающей к сети с эффективно заземленной нейтралью;

- отстроен от КЗ на землю на шинах подстанции за предыдущим участком, состоящим из двух параллельных линий, в режиме, когда вторая линия на рассматриваемом участке отключена и заземлена с обоих концов;

- согласован с первой ступенью защиты противоположного конца параллельной линии (выражение 4.4 в режиме каскадного отключения КЗ на ней);

- согласован с первой ступенью защиты предыдущей линии или с первой ступенью защиты АТ приемной подстанции, установленной на стороне смежного напряжения (вместо отстройки от КЗ за АТ, если это необходимо для повышения чувствительности) - по выражению 4.13, для случая цепочки параллельных линий - при работе обеих линий на предыдущем участке.

При выполнении последнего условия отстройка от КЗ на шинах подстанции за предыдущим участком может не производиться. Согласование по чувствительности производится либо графическим способом, либо с использованием комплекса программ ТКЗ-3000 по выражению

I_{0 сз} к_отс 3I_{0 расч},

Программный модуль

Результаты расчета

I^II_{0 сз} =1265 А;

Величина уставки во вторичной цепи через коэффициент трансформации трансформатора тока:

I^II_ТW0= I^II_{0 сз}*5/150=42,17 А;

Величина уставки не входит в диапазон токов срабатывания 2-ой ступени токовой защиты.

Чувствительность второй ступени оценивается коэффициентом чувствительности, определяемым как отношение минимального утроенного тока нулевой последовательности в месте установки защиты к току срабатывания при КЗ на землю на шинах противоположной ПС. Минимальное значение указанного коэффициента - 1,5. Приемлемым может быть и меньшее значение коэффициента чувствительности (1,3) при условии, если имеется надежно действующая при КЗ в расчетной точке резервная ступень.

Минимальный утроенный ток нулевой последовательности определяем, как ток короткого замыкания в узле 74 при включенных обеих линиях.

Программный модуль

Результат расчета:

3I0=775 А

К_ч=310/I^II_0сз=775/1265 = 0,62, что не обеспечивает необходимой чувствительности.

При установке на линии поперечной направленной диф. защиты нулевой последовательности первая ступень действует только после отключения выключателя на питающем конце, поэтому ток срабатывания этой первой ступени может быть принят по условиям чувствительности, т.е. таким, чтобы прошла чувствительность. Для этого примем ток срабатывания первой ступени принимаем равным 1494/3=497 А.

Расчет уставки второй ступени рассчитаем в ТКЗ-3000.

Программный модуль остается прежним, только изменим 3I0=497 А.

Результаты расчета: I^II_0сз=582 А

К_ч=310/I^II_0сз=775/582 = 1,33

Чувствительность второй ступени обеспечена, чего и требовалось добиться.

Четвертая ступень: Ток срабатывания четвертой ступени отстраивается от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при внешних трехфазных КЗ (за трансформаторами и на низкой стороне АТ, установленных на ПС с обеих сторон защищаемой ЛЭП), если выдержка времени рассматриваемой ступени не больше, чем у защиты от междуфазных повреждений этих трансформаторов (АТ). Ток срабатывания четвертой ступени определяется по выражению

I_{0 с з} = k _отс k _пер I_{0 нб},

где I_0нб - ток небаланса в нулевом проводе ТТ при внешних трехфазных КЗ в установившемся режиме; k_отс = 1,25; k_пер, учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме, принимается равным 2 при выдержке времени четвертой ступени до 0,1с; 1,5 - при выдержке времени до 0,3 с и 1 - при выдержке более 0,5 - 0,6 с.

Ток небаланса в выражении (4.3) рассчитывается по формуле:

I_{0 нб} = k _нб I_расч,

где I_расч - максимальное значение фазного тока в месте подключения защиты при внешнем трехфазном КЗ; k_нб - коэффициент небаланса, значение которого зависит от кратности I_расч по отношению к номинальному току ТТ, принимается равным 0,05 при кратности до 2 - 3; 0,05 - 0,1 - при кратности, большей, но не превосходящей 70-80% от предельной кратности при 10% погрешности ТТ; при больших значениях кратности расчет тока небаланса производится по выражению, приведенному в Приложении 7 Руководящих указаний [8].

Ток срабатывания четвертой ступени должен быть проверен по условию отстройки от суммарного тока в нулевом проводе ТТ в нагрузочном режиме:

I_0сз = k_отс (I_{0 нб} + 3I_{0 нр}) / k_в,

где k _отс = 1,25; k_в - коэффициент возврата реле; I_{0 нб} - первичный ток небаланса в нулевом проводе ТТ в нормальном (нагрузочном) режиме, определяется по (4.4), в котором I_расч принимается равным максимальному току нагрузочного режима; I_0нр - ток нулевой последовательности, обусловленный, например, неполнофазным режимом работы смежной линии с односторонним питанием.

Рассчитаем ток небаланса в ТКЗ-3000.

Программный модуль

Результаты расчета: IA=625 А.

I_{0 нб} = k _нб I_расч =0,1*625=62,5 А

k _нб=0,1, т.к. кратность трансформатора тока больше 2-3.

I_{0 с з} = k_отс * k _пер* I_{0 нб}=1,25*2*62,5=156,25 А.

К_отс=1,25;

К_пер=2;

Чувствительность четвертой ступени не проверяем.

6. Расчет дистанционной защиты ШДЭ-2802

релейный аварийный трансформатор

Общие сведения о защите

Характеристики срабатывания защиты имеют вид:

- первая ступень - окружность, проходящая через начало координат;

- вторая ступень - четырёхугольник со смещением в третийй квадрант;

- третья ступень - треугольник, одна из вершин которого находится в начале координат.

Сопротивление срабатывания дистанционных органов (ДО) задаётся при угле, равном 75 град., условно называемом углом максимальной чувствительности (УМЧ - _мч).

Технические данные ДО защиты приведены в Приложении 2.

При проектировании защиты необходимо выбрать вариант защиты и выполнить:

- расчёт уставок ДО 1 - 3 ступеней;

- проверку чувствительности 2 и 3 ступеней;

- проверку чувствительности 2 и 3 ступеней по току точной работы;

Размещено на http://www.allbest.ru/

23

Размещено на http://www.allbest.ru/

Первая ступень: выполняется без выдержки времени, на одиночных и параллельных нетупиковых линиях без ответвлений отстраивается от КЗ на шинах приемной подстанции.

Сопротивление срабатывания первой ступени первого комплекта:

Z^I_сз = 0,87*Z_W0=0,87*8=6,96 Ом;

Z_W0=0,2*40=8 Ом;

По справочнику удельное сопротивление ЛЭП-110 кВ 0,2 Ом/км;

Вторая ступень: Вторая ступень ДЗ в первую очередь должна быть согласована по времени и по сопротивлению срабатывания с первыми ступенями ДЗ, установленных на предыдущих участках сети и направленных в ту же сторону. Так, вторую ступень первого комплекта необходимо согласовать с первой ступенью третьего комплекта ДЗ по выражению. Также необходимо согласовать с сопротивлением короткого замыкания за трансформатором.

Ом

Из рассчитанных сопротивлений выбираем меньшее.

Z^II_сз=11,965 Ом.

Для обеспечения селективности и чувствительности для каждой ступени проводится проверка по току точной работы. (К_Ч.Т?1,3 при минимальном токе КЗ_.).

К_Ч.Т.= I_К.min/I_Т.О.Ч., где I_точ - ток 10% погрешности (ток точной работы) реле

I_Т.О.Ч.=6*120=720 А.

К_Ч.Т.=1798/720=2,5 ? 1,3

Третья ступень: Угол наклона правой боковой стороны ХС ДО третьей ступени отстраивается от максимального угла сопротивления нагрузки _{н расч} защищаемой ЛЭП в послеаварийном нагрузочном режиме с учетом самозапуска двигателей

g _{н расч} + _доп,

g = 26+12=38 град.

где _доп = 12 - дополнительный угол, учитывающий погрешности реле и расчетов параметров нагрузочного режима.

Первичное сопротивление срабатывания третьей ступени рассчитывается по условию обеспечения требуемой чувствительности при каскадном отключении металлического КЗ в конце зоны резервирования по выражению

Z^III_сз sin _мч

K_ч = ,

Z_p sin _p

где Z_з и _з соответственно модуль и угол сопротивления нагрузки в месте подключения рассчитываемого комплекта ДЗ. В случаях, когда отстройка от нагрузки по углу не обеспечивается, ДО третьей ступени должен быть отстроен от нее сопротивлением срабатывания. Последнее рассчитывается по выражению

Z_{н расч} sin _{н расч}

Z^III_сз = 0,758 Z_{н расч} sin _{н расч.}

k_отс k_в sin _мч

В последнем случае необходимо проверить чувствительность третьей ступени при каскадном отключении КЗ в конце резервируемой (предыдущей) линии в расчетном режиме, когда сопротивление в месте подключения защиты максимально.

Z^III_сз=0,758*13,0025*sin(26)=45.6 Ом

Z_{н расч}=Z_W0+Z_тр11=8+5,0025=13,0025 Ом

_{н расч}=26 град.

7. Структурная схема дистанционной и токовой защиты нулевой последовательности типа ШДЭ-2802

Схема основного комплекта защиты приведена на рисунке. Схема выполнена в однофазном однолинейном изображении. Приняты следующие обозначения:

KZ1, KZ2, KZ3 - дистанционные органы соответственно 1, 2 и 3 ступени дистанционной защиты;

KAN1, KAN2, KAN3 - органы тока 1, 2 и 3 ступеней токовой защиты нулевой последовательности; KA4 - орган тока отсечки от междуфазных КЗ;

AKB - блокировка при качаниях;

KBV - блокировка при неисправностях цепей напряжения;

В схеме дистанционной защиты ШДЭ - 2802 блокировка при качаниях контролирует быстродействующие ступени с уставками на ввод в действие

0,2; 0,4; 0,6 с. Вывод может осуществляться с уставками 3, 6, 9, и 12 с. Контроль медленнодействующих ступеней производится сигналами блокировки, обеспечивающими их длительный ввод.

В приведенной структурной схеме для упрощения сигналы от блокировок AKB и KBV (инвертированный) просуммированы на элементе «И - НЕ». Третья ступень блокировкой при качаниях не контролируется (в реальных условиях это возможно при недостаточном токе для действия блокировки).

Рис. 7 - 6. Структурная схема защиты ШДЭ-2801

Логические элементы предусмотрены для блокирования неисправного УАПВ при устойчивом КЗ на линии (DX8), перевода команды на повторное включение выключателя в указанном случае на его отключение (DX10), для ускорения действия защиты после АПВ (DX9).

Для осуществления коммутаций (отключение УРЗ от ТТ с одновременным закорачиванием вторичных обмоток ТТ, подключение к УРЗ источника переменного тока для проведения проверок) во вторичных цепях ТТ предусмотрен испытательный блок SG.

Заключение

При выполнении данной курсовой работы были рассмотрены основные моменты в проектирование и расчете устройств в релейной защите и автоматики электроэнергетических систем. Причем это делалось применительно пусть к учебной, но вполне возможно энергосистеме. Курсовая работа связана также с конкретным устройством РЗА - комплектом ШДЭ 2802 для которого были рассчитаны уставки измерительных и дистанционных органов. В работе учитывались технические характеристики этого устройства, приведена принципиальная и функциональная схема одного из блоков. В заключении хотелось бы сказать, что выполнять данный курсовой проект очень помогло учебное пособие «Релейная защита электроэнергетических систем (Проектирование)», в котором четко и ясно описано и показано как рассчитывать аварийные режимы. Хотелось бы чтобы в этом методическом пособии находились таблицы для выбора трансформаторов тока и напряжения.

Размещено на Allbest.ru