Релейная защита подстанции 220/110/10 кВ

ц_Л ? 30ч89°;

R_нагр. ? 0,10ч250 Ом;

ц_нагр. ? 20ч60°;

Прямые направленности характеристик для дистанционных органов проходят под углами 120° и -22° на комплексной плоскости сопротивлений.

В качестве обратно направленной ступени рекомендуется использовать Z3, т.к. только она обеспечивает быстрое срабатывание с наименьшим временем в обратном направлении.

Фиксация пуска защиты происходит при срабатывании измерительного органа любой из ступеней дистанционной защиты. Если в зоне срабатывания оказывается сопротивление более одного контура измерения, то, прежде всего достоверным считается меньшее из них. Кроме того, достоверными также считаются те контуры, сопротивление которых не превышает меньшее более чем на 50%. Контуры с большим сопротивлением исключаются из обработки.

Расчет сопротивлений при междуфазных КЗ осуществляется согласно [13] и [14] по расчетному выражению

где , , , ? значения фазных напряжений и токов в месте установки защиты.

Расчет уставок защиты производится в первичных величинах, задание уставок предусмотрено во вторичных величинах.

Условие срабатывания для всех ступеней с полигональными характеристиками будет:

где , ? принятые значения уставок по реактивному и активному сопротивлению n-ступени;

р ? переменная, для ненаправленной характеристики изменяется в пределах (-1 ? р ? 1);

? характеристический угол линии.

Выбор уставок дистанционной защиты линий

Расчет уставок производится согласно [13] и [14].

2.1.3.1.1 Выбор уставок первой ступени дистанционной защиты

Требования к первой ступени.

Обеспечение надежности селективного отключения междуфазных КЗ на линии без выдержки времени, с использованием телеускорения, за счет перекрытия зон действия ступени с двух сторон линии.

Выбор уставок X1

Выбор уставки реактивного сопротивления X1 производится по условию перекрытия первых зон с обеих сторон при металлических КЗ на защищаемой линии.

Где - реактивная составляющая сопротивления прямой последовательности, определяемая при трехфазном металлическом КЗ в конце защищаемой линии;

- коэффициент, определяющий значение зоны действия первой ступени защиты с учетом погрешностей измерительных трансформаторов, дистанционных органов и параметров сети.

Для ВЛ 220 кВ, имеющих меньшие значения Rпер.рас. и перетоков мощности, как правило, достаточно произвести отстройку от расчетных значений при металлическом трехфазном КЗ на шинах противоположного конца ВЛ.

Выбор уставок R1

Выбор уставки по активному R1 сопротивлению производится по условию обеспечения чувствительности при КЗ соответствующего вида через в конце зоны действия уставки X1:

- в режиме транзита;

- максимальное значение замера R1 в защите при трехфазных КЗ в конце зоны действия первой ступени соответствующей принятому коэффициенту охвата.

- значение замера X1, соответствующее условию КЗ, в котором получено значение замера .

Для линий напряжением 220 кВ принимается

Уставка R1 для защит 2 - 8 рассчитывается аналогично и принимается равной 5,5 Ом.

2.1.3.1.2 Выбор уставок второй ступени дистанционной защиты

Выбор рассмотрен для «обратных концов» соответствующих линий.

Требования ко второй ступени.

Обеспечение надежного отключения междуфазных КЗ по всей длине линии, а также обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии.

Выбор уставки X2

1) По условию отстройки действия защиты от КЗ на шинах за АТ, на противоположном конце ВЛ.

При средних значениях X_AT в схеме замещения, приведенных к номинальному напряжению, рекомендуется принимать ;

- минимальное значение X1, определяемое при трехфазном КЗ на шинах за АТ в расчетном режиме выдачи максимальной мощности. В качестве расчетного режима следует рассматривать максимальное число работающих АТ на шинах смежного напряжения.

2) По условию согласования с защитами смежных элементов.

Чувствительность второй ступени проверяется при металлическом КЗ в конце защищаемого участка.

Защита 1

Расчетным является выражение дающее меньшее .

При выбранном таким образом проверяется чувствительность второй ступени при металлическом КЗ в конце защищаемого участка.

Вторая ступень защиты удовлетворяет требованию чувствительности.

Защита 2

Проверяется чувствительность второй ступени при металлическом КЗ в конце защищаемого участка.

Ступень удовлетворяет требованиям чувствительности.

Защита 3

Расчетным является выражение дающее меньшее .

При выбранном таким образом проверяется чувствительность второй ступени при металлическом КЗ в конце защищаемого участка.

Ступень удовлетворяет требованиям чувствительности.

Защита 4



Проверяется чувствительность второй ступени при металлическом КЗ в конце защищаемого участка.

Защита 5 аналогично защите 3

Защита 6 аналогично защите 4

Выбор уставок R2

Выбор уставки по активному R2 сопротивлению производится по условию обеспечения чувствительности при КЗ соответствующего вида в конце линии через :

- в режиме транзита;

- максимальное значение замера R2 в защите при трехфазных КЗ в конце зоны действия первой ступени соответствующей принятому коэффициенту охвата.

- значение замера X1, соответствующее условию КЗ, в котором получено значение замера .

Для линий напряжением 220 кВ принимается



Уставка R2 для защит 2 - 8 рассчитывается аналогично и принимается равной 5,5 Ом.

Выбор уставок времени срабатывания T2

,

где - время срабатывания ступени защиты, с которой производится согласование, принимается большее из времен срабатывания;

- наибольшее время действия УРОВ присоединений на противоположном конце линии, с учетом отключения смежных выключателей. Принимать время = 0,2ч0,25 с (в зависимости от типа выключателей), с учетом отключения смежных выключателей. Для электромеханических УРОВ рассматриваются конкретные схемы и уставки УРОВ.

- ступень селективности, которая должна приниматься:

при согласовании с цифровыми защитами Дt = 0,1 с;

при согласовании с защитами с электронными реле времени Дt ? 0,2 с;

при согласовании с защитами с электромеханическими реле Дt ? 0,3 с.

2.1.3.1.3 Выбор уставок третьей ступени дистанционной защиты

Требования к третьей ступени

Третью ступень дистанционной защиты рекомендуется использовать с обратно направленной зоной действия. Указанное может быть целесообразным в следующих случаях:

- обеспечение резервирования защиты шин;

- определение обратного направления мощности для блокирующей или разрешающей схем телеускорения;

- повышение чувствительности дальнего резервирования.

Данная ступень вводится для обеспечения резервирования защиты шин 220 кВ и устанавливается на защитах 2, 4 и 6.

Выбор уставок по условию обеспечения резервирования защиты шин «за спиной»

Аналогичен выбору уставок II ступени дистанционной защиты с противоположной стороны линии, с учетом исключения из замера реактивного сопротивления линии. Выдержка времени принимается по условиям II ступени ДЗ. Возможно автоматическое ускорение ступени при опробовании шин действием АПВ шин или ручным включением выключателя присоединения. В этом случае пусковыми факторами автоматического ускорения должны быть контакты включающего реле АПВ шин или реле команды "включить" из схемы управления выключателя, с обязательным контролем отсутствия напряжения на шинах. Ввод автоматического ускорения ? на время больше собственного времени включения выключателя и работы схемы УРОВ. Для элегазовых выключателей, при использовании электронных схем УРОВ можно принимать 0,3-0,4 с.

Защита 2

Защиты 4 и 6 рассчитываются аналогично.

Уставки R3 принимаются равными уставкам второй ступени противоположного конца ВЛ.

2.1.3.1.4 Выбор уставок четвертой ступени дистанционной защиты

Требования к четвертой ступени

- Отключение междуфазных КЗ на своей линии.

- Обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии.

Выбор уставки X4

По условию согласования с действием защит смежных элементов сети.

Защита 1

Определяем сопротивление срабатывания дистанционной защиты трансформатора.

Выбираем минимальное значение.

Защита 3

Защита 5 аналогично защите 3

Уставка R4 выбирается аналогично уставке R2.

Выбор уставки T4

Выбирается из условия согласования с защитами смежных элементов.

- время срабатывания защиты, с которой ведется согласование.

- ступень селективности (0,2 - 0,4 сек в зависимости от собственного времени отключения выключателей и типа защит с которыми ведется согласования).

Принимаем T4 = 0,55.

2.1.3.1.5 Выбор уставок пятой ступени дистанционной защиты

Требования к пятой ступени

- Обеспечение дальнего резервирования действия защит смежных элементов сети.

- Обеспечение селективности действия при КЗ за пределами линии.

Выбор уставок дистанционных измерительных органов ступени.

Определяющими условиями при выборе уставок измерительных органов является их отстройка от максимальных нагрузочных режимов как по активной, так и по реактивной мощности.

Первичное сопротивление срабатывания выбирается по коэффициенту чувствительности.

(при КЗ в конце смежного участка).

Для защиты 1:

Расчетным является выражение дающее большее .

Для защиты 2:

Для защиты 3,5:

Расчетным является выражение дающее большее .

Для защит 4,6:

Выбор уставок R5 выполняется аналогично уставкам R2. R5 = 5,5 Ом.

Выбор уставки времени срабатывания пятой ступени.

Уставка времени срабатывания рассчитывается по условиям согласования с защитами смежных элементов сети по встречно ступенчатому принципу. Принимаем Т5 = 1,5 сек для всех защит.

2.1.3.2 Токовая направленная защита от КЗ на землю

Токовая защита нулевой последовательности содержит:

- три ступени максимальной токовой защиты нулевой последовательности с независимыми характеристиками выдержек времени;

- ступень максимального тока нулевой последовательности с токозависимой характеристикой выдержки времени.

Эти четыре ступени независимы друг от друга и могут комбинироваться в любой последовательности. Если токозависимая ступень не требуется, то ее можно использовать, как четвертую независимую ступень.

Ниже приведены только параметры выбора уставок ступеней ТНЗНП в виду сложности расчета.

Выбор уставок I ступени ТНЗНП

Первая ступень защиты выполняется без выдержки времени

Ток срабатывания первой ступени защиты линий (отсечка без выдержки времени) выбирается по условию отстройки от:

- Утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты, при КЗ на землю на шинах противоположной подстанции

- Броска тока намагничивания трансформаторов, имеющих глухозаземленные нейтрали и включаемых под напряжение при включении линии:

- Утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты в кратковременном неполнофазном режиме, возникающем при неодновременном включении фаз выключателя, подающего напряжение на защищаемую линию, и самозапуске двигателей нагрузки трансформаторов, питаемых от защищаемой линии, при работе хотя бы одного из этих трансформаторов с глухозаземленной нейтралью:

Выбор уставок II ступени ТНЗНП

Выдержка времени второй ступени защиты должна быть согласованна с выдержками времени первых ступеней защит смежных элементов, с которыми рассматриваемая вторая ступень согласуется по току срабатывания:

Ток срабатывания второй ступени защиты линий (отсечка с выдержкой времени) выбирается по условию:

- Согласования с первыми ступенями защит смежных линий:

- Отстройки от утроенного тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при замыкании на землю за трансформатором приемной подстанции на стороне его, примыкающей к сети с глухозаземленной нейтралью:

- отстройки от тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при КЗ между тремя фазами за трансформаторами питаемых подстанций:

Выбор уставок III ступени ТНЗНП

Выдержка времени третьей ступени защиты должна быть согласованна с выдержками времени вторых ступеней защит смежных элементов, с которыми рассматриваемая третья ступень согласуется по току срабатывания:

Ток срабатывания третьей ступени защиты линий (отсечка с выдержкой времени) выбирается по условию:

- Согласования с вторыми ступенями защит смежных линий:

- Отстройки от тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при КЗ между тремя фазами за трансформаторами питаемых подстанций:

Выбор уставок IV ступени ТНЗНП

Выдержка времени четвертой ступени согласовывается с временем срабатывания последних ступеней защит смежных элементов:

Ток срабатывания четвертой ступени защиты линий выбирается по условию отстройки от:

- Тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при КЗ между тремя фазами за трансформаторами питаемых подстанций:



- Тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при переходном значении тока в месте установки защиты после отключения внешнего КЗ:

2.2 Релейная защита элементов подстанции

2.2.1 Релейная защита автотрансформатора

Для автотрансформаторов мощностью 200 МВА должны быть предусмотрены средства защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

- однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

- витковых замыканий в обмотках;

- токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

- токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

- понижения уровня масла;

- «пожара» стали.

В соответствии с [1] и [11] на автотрансформаторах подстанций с высшим напряжение 220 кВ предусмотрены следующие защиты:

Основные защиты - реагируют на все виды повреждений автотрансформатора и действуют на отключение выключателей со всех сторон без выдержки времени (с минимальной выдержкой времени). К основным защитам относятся:

а) продольная дифференциальная токовая защита от всех видов замыканий на выводах и в обмотках сторон с заземленной нейтралью, а также от многофазных замыканий на выводах и в обмотках сторон с изолированной нейтралью;

б) газовая защита от замыканий внутри кожуха объекта, сопровождающихся выделением газа, а также при резком понижении уровня масла;

в) дифференциальная токовая защита дополнительных элементов (добавочный трансформатор, синхронный компенсатор, участки ошиновки).

Резервные защиты - резервируют основные защиты и реагируют на внешние КЗ, действуя на отключение автотрансформатора и разделение сети в общем случае с несколькими выдержками времени на отключение выключателей РУ ВН, СН, НН. Резервные защиты от междуфазных повреждений имеют несколько вариантов исполнения:

- МТЗ без пуска по напряжению;

- МТЗ с комбинированным пуском по напряжению;

- Токовые защиты обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ;

- дистанционные защиты автотрансформаторов.

Резервные защиты от коротких замыканий на землю выполняются в виде токовых защит нулевой последовательности.

Защиты действующие на сигнал:

а) МТЗ от перегрузки устанавливается со стороны питания, для автотрансформаторов и трехобмоточных трансформаторов с двухсторонним питанием защита от перегруза устанавливается на каждой стороне объекта, а для автотрансформаторов еще и на стороне нулевого вывода общей части обмотки; защита выполняется с токовым реле в одной фазе и независимой выдержкой времени, действующей на сигнал;

б) газовая защита, действующая на сигнал при медленном выделении газа.

В данном проекте в качестве основной защиты выбрана токовая дифференциальная защита автотрансформатора и газовая защита. В качестве резервной защиты от междуфазных КЗ выбрана дистанционная защита. Защита от коротких замыканий на землю выполнена в виде токовой защиты нулевой последовательности.

В данном проекте для реализации защит применяются МП терминалы фирмы Siemens. Расчеты проводятся по руководящим указаниям фирмы Siemens.

2.2.1.1 Дифференциальная защита автотрансформатора

2.2.1.1.1 Основные положения

Каждый комплект ДТЗ ТI и ДТЗ ТII с учетом требований ближнего резервирования размещается в отдельном шкафу.

ДТЗ ТI (ДТЗ ТII) подключается к встроенным трансформаторам тока.

Трансформаторы тока, к которым подключается ДТЗ ТI (ДТЗ ТII), соединяются по схеме «звезда».

ДТЗ ТI (ДТЗ ТII) действует без выдержки времени на:

- отключение автотрансформатора;

- запрет АПВ (если предусмотрен пуск АПВ по цепи «несоответствия») выключателя АТ на стороне ВН;

- пуск УРОВ выключателей на сторонах ВН и СН АТ;

- пуск автоматики пожаротушения АТ.

В ДТЗ ТI (ДТЗ ТII) предусмотрено программное выравнивание входных токов по величине и по фазе с учетом группы соединения обмоток АТ.

Погрешность выравнивания не более 2% от номинального тока автотрансформатора.

Защита выполняется в виде чувствительной дифференциальной защиты и дифференциальной отсечки.

Защита выполняется с торможением для отстройки от токов небаланса при токах внешних КЗ до в установившихся и переходных режимах, а также при включении АТ под напряжение. Торможение может осуществляться от входных токов всех групп трансформаторов тока, к которым подключена защита.

Регулирование минимального тока срабатывания чувствительной дифференциальной защиты () должно осуществляться в пределах АТ.

Минимальная уставка по минимальному току срабатывания ДТЗ ТI (ДТЗ ТII) должна обеспечивать отстройку от любых (периодических и апериодических) бросков тока намагничивания.

Коэффициент торможения () должен регулироваться в пределах от 0.2 до 0.8, если торможение осуществляется от арифметической суммы (полусуммы) входных токов (от всех групп трансформаторов тока).

Для отстройки от бросков тока намагничивания может использоваться блокировка, действующая при превышении заданного соотношения второй (I_{diff 2} при f=2f_ном) и основной (I_diff при f=f_ном) гармоник дифференциального тока. Уставка срабатывания блокировки по второй гармонике (I_{diff 2} / I_diff ) может изменяться в пределах от 8 до 20% .

Регулирование минимального тока срабатывания дифференциальной отсечки ( _ДО) должно осуществляться в пределах АТ.

Время срабатывания ДТЗ ТI (ДТЗ ТII) при токе, превышающем двукратное значение тока срабатывания должно быть не более 0.03 с.

ДТЗ ТI (ДТЗ АТII) должна правильно функционировать при КЗ в зоне её действия при значении полной погрешности трансформаторов тока до 50% в установившемся режиме, вызванной их насыщением при работе на активную нагрузку и при значениях первичных токов КЗ до, а также при внешних КЗ при значении полной погрешности трансформаторов тока до 10% в установившемся режиме, вызванной их насыщением при работе на активную нагрузку и при значениях первичных токов КЗ до .



2.2.1.1.2 Расчет параметров срабатывания

Расчет проиводится согласно [15], [16].

Напряжения в зависимости от положения переключателя РПН

Минимальное положение РПН:

Среднее положение РПН:

Максимальное положение РПН:

Определение первичных токов для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. По этим токам определяем соответствующие вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока и коэффициентов схемы. Расчеты сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовое значение для стороны
		220 кВ	110кВ	10 кВ
Первичный ток на сторонах защищаемого тр-ра, соответ. его номинальной мощности, А
Схема соединения трансформаторов тока	-		Y	D
Коэффициент трансформации трансформаторов тока		400/1	600/1	3000/5

В соответствии с требованиями фирмы и с [1] трансформаторы тока, предназначенные для питания цепей тока устройств РЗ и А от КЗ, должны удовлетворять следующим требованиям:

а) Все устройства РЗ и А должны подключаться к обмоткам трансформаторов тока класса точности 10Р или 5Р для защищаемого оборудования. При этом номинальный вторичный ток этих трансформаторов тока должен быть: для сторон ВН, СН и нейтрали 1 А, а для стороны НН 5 А; в случае подключения РЗ и А к нескольким группам трансформаторов тока отношение номинального первичного тока трансформаторов тока к номинальному току соответствующей стороны АТ должно быть в пределах для каждой группы используемых трансформаторов тока (требование фирмы Сименс). В этом случае погрешность программного выравнивания будет находиться в допустимых пределах.

б) В целях предотвращения излишних срабатываний РЗ при КЗ вне защищаемой зоны погрешность (полная или токовая) трансформаторов тока не должна превышать 10%.

в) Токовая погрешность трансформаторов тока в целях предотвращения отказов защиты при коротких замыканиях в начале защищаемой зоны не должна превышать 50%.

Однако выполнение указанных требований не всегда позволяет обеспечить правильное действие релейной защиты, поскольку все расчеты по погрешностям трансформаторов тока производятся в установившихся режимах КЗ и не учитывают в должной степени переходных режимов, а также остаточного намагничивания сердечников.

Этот вопрос требует дальнейшего серьезного и тщательного исследования.

Трансформаторы тока, используемые для РЗ АТ должны с запасом иметь:

- номинальную предельную кратность не менее 20;

- номинальную вторичную нагрузку не менее 30 ВА (класс 5Р) или 40 ВА (класс 10Р), для трансформаторов тока сторон ВН или СН;

- номинальную вторичную нагрузку не менее 20 ВА (класс 5Р) или 30 ВА (класс 10Р), для трансформаторов тока, встроенных со стороны вводов к нейтрали или стороны НН.

В соответствии с пунктом а) вышеописанных требований необходимо проверить значение коэффициента на всех сторонах АТ, который равен отношению номинального первичного тока () трансформатора тока (ТА) соответствующей стороны АТ, к номинальному току соответствующей стороны АТ ().

Коэффициенты должны рассчитываться следующим образом:

- для трансформаторов тока (ТА1), встроенных в высоковольтные вводы стороны ВН АТ

,

- 

- для трансформаторов тока, встроенных в высоковольтные вводы стороны СН АТ

,

- для встроенных или выносных трансформаторов тока ТА3 стороны НН АТ

,

где - номинальный ток соответствующей стороны АТ;

, , - соответственно номинальный первичный ток трансформаторов тока ВН, СН и НН.

Значение , и для каждой стороны АТ должно быть в пределах 0.1258. В этом случае выравнивание токов в ДТЗ АТ осуществляется только программно.

Если эти значения (хотя бы одной стороны) выходят за указанные пределы, то с той стороны АТ, где это не выполняется, в цепях тока ДТЗ должны быть установлены промежуточные трансформаторы (TL) типа 4АM5170 фирмы Сименс для дополнительного выравнивания токов.

Расчет коэффициентов приведен в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Наименование величины			Расчет
	0,4	0,314
	0,6	0,596
	3	6,873

Как видно из расчета все коэффициенты не превышают допустимых пределов следовательно, установка промежуточные трансформаторы (TL) типа 4АM5170 не требуется.

Учёт положения рабочей отпайки РПН для устранения тока небаланса:

- терминал подключается к датчику положения отпайки РПН при известной отпайке, известен текущий коэффициент трансформации, который и подставляется в расчётные соотношения, для российских условий этот вариант неприемлем из-за низкой надёжности российского датчика положения РПН;

- косвенная оценка реального РПН по соотношению токов нагрузочного режима.

Дифференциальная защита из терминала типа 7UT633 содержит чувствительный и грубый орган - дифференциальную отсечку.

Ток срабатывания (дифференциальный) чувствительного органа защиты равен геометрической сумме входных токов.

Ток торможения (стабилизации) равен арифметической сумме входных токов.

Характеристика срабатывания чувствительного органа защиты из терминала 7UT633 в координатах ; представляет собой ломаную линию (см. рисунок 2.4), состоящую из горизонтального и наклонного участков. Координаты их точки пересечения соответствуют и , где - ток «начала торможения», - первичный минимальный ток срабатывания чувствительного органа защиты при отсутствии торможения.

Наклон второго участка характеристики определяется коэффициентом торможения.

Терминал даёт возможность иметь характеристику срабатывания с двумя наклонными участками с разными углами наклона (коэффициентами торможения). Второй наклонный участок, соответствует большему коэффициенту торможения при высоких кратностях тока КЗ, ведущих к насыщению ТТ.

Расчет характеристики срабатывания защиты

Диапазон регулирования РПН

По рекомендации фирмы «Siemens»:

Дифференциальный ток:

Ток торможения:

Угол наклона 1:

Максимальный ток КЗ (сторона ВН)

о.е.

0,197

Базовая точка 1:

Определение базовой точки 2:

Начальный ток торможения второго наклонного участка:

По рекомендации фирмы «Siemens» выбираем угол наклона второго участка:

Первичный минимальный ток срабатывания чувствительного органа защиты при отсутствии торможения должен определяться по условиям:

а) отстройки от расчетного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем «началу торможения».

Где - коэффициент отстройки;

- составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформаторов тока в режиме «начала торможения»;

- составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения выпрямительного трансформатора под нагрузкой в режиме «начала торможения» будет отсутствовать т.к. терминал снабжается датчиком положения РПН, коэффициенты трансформации уже заранее известны при различных положениях РПН следовательно устраняется небаланс, вызванный различным положением РПН.

Где - коэффициент учета переходного режима;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока;

- полная погрешность трансформаторов тока при расчетной вторичной нагрузке и номинальном первичном токе;

- первичный тормозной ток, соответствующий «началу торможения»;

- принятое относительное значение тока «начала торможения», равное 1.

15,689

б) отстройка от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение;

в) обеспечение не действия защиты от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ, соответствующего режиму «начала торможения»;

для условий по пп. б) и в) достаточно, чтобы

Кроме того, в терминале 7UT633 предусмотрено дополнительное торможение от второй и пятой гармонических составляющих, возможных в дифференциальном токе при этих случаях.

Наибольшее значение из рассчитанных по пп. а),б),в) принимается в качестве минимального тока срабатывания функции чувствительного органа дифференциальной защиты из терминала 7UT633.

Первичный ток срабатывания дифференциальной отсечки определяется по условиям отстройки от:

а) броска намагничивающего тока, которая обеспечивается при уставке, равной (уставка рекомендована фирмой «Siemens»).

б) максимального первичного тока небаланса при переходном режиме внешнего КЗ или качаний.

Где - коэффициент учета переходного режима внешнего КЗ или качаний;

- относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ или качаний; - коэффициент токораспределения, равный отношению слагающей тока расчетного внешнего КЗ, проходящей на стороне, где производится регулирование напряжения, к току на стороне, где рассматривается КЗ;

- максимальный ток в защищаемом трансформаторе в одном из расчетных режимов.

Наибольшее значение принимается в качестве уставки дифференциальной отсечки.

Коэффициент торможения должен обеспечить отстройку защиты от максимального первичного тока небаланса, возникающего в переходном режиме внешнего КЗ или при качаниях.

,

где - коэффициент отстройки;

Проверка чувствительности защиты к КЗ

Нас интересуют условия, при которых через защищаемый АТР течет минимальный ток КЗ. Минимальный ток КЗ обеспечивается при следующих условиях: 1 АТ в работе, W1E и W2E отключены, кз на стороне ВН. Расчеты токов короткого замыкания производятся в ПВК «RastrKZ».

Тогда коэффициент чувствительности:

Защита удовлетворяет требованиям по чувствительности.

трансформатор распределительный напряжение кабельный

2.2.1.2 Газовая защита автотрансформатора

Газовая защита реагирует на газообразование внутри кожуха автотрансформатора, возникающее в результате разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги и иных факторов. Выделяющиеся в автотрансформаторе газы поступают в газовое реле, расположенное в трубопроводе между баком и расширителем, Газовое реле содержит два реагирующих элемента, действующих соответственно на сигнал и отключение.

Сигнальный элемент срабатывает при слабом газообразовании, характеризующим незначительные повреждения, после накопления определенного объема газа в реле. При сильном газообразовании, характеризующим серьезные повреждения, повышается давление внутри бака и создается переток масла в сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной скорости потока масла.

Газовая защита обладает высокой чувствительностью и в ряде случаев позволяет выявить опасные повреждения в начальной стадии их развития. На некоторые виды опасных повреждений (на замыкание малого числа витков обмоток, на пожар в стали сердечника, на некоторые неисправности переключателей ответвлений) реагирует только газовая защита, когда другие защиты не приходят при этом в действие.

2.2.1.3 Дистанционная защита автотрансформатора

Установка дистанционной защиты автотрансформатора обычно требуется по условию обеспечения требуемой чувствительности вторых ступеней дистанционных защит, установленных на противоположных концах смежных линий. Установка защиты по этому условию необходима, если удовлетворяется следующее неравенство:

Где - сопротивление срабатывания второй ступени защиты, установленной на противоположном конце линии, определенное по условию отстройки от КЗ за рассматриваемым автотрансформатором;

- сопротивление рассматриваемой линии;

- минимально возможное с учетом регулирования рассматриваемого автотрансформатора между сторонами высшего и среднего напряжений, приведенное к напряжению рассматриваемой линии;

k_ч - требуемый ПУЭ коэффициент чувствительности дистанционной защиты к КЗ в конце защищаемой линии.

Так как в сети 110 кВ дальнее резервирование часто не обеспечивается, то вторая ступень защиты направлена в сторону сети 110 кВ.

Защита питается от трансформаторов тока 110 кВ и трансформатора напряжения, установленного на выводе среднего напряжения автотрансформатора.

Выбранная первая ступень дистанционной защиты автотрансформатора должна соответствовать своему назначению, т.е. позволяет обеспечить требуемую чувствительность второй ступени дистанционной защиты линии 220 кВ.

Определяется первичное сопротивление срабатывания второй ступени защиты по условию требуемой чувствительности

Выдержка времени II^й ступени защиты автотрансформатора принимается из условия согласования с III^й ступенью защит линий 110 кВ, имеющей большую выдержку времени.

Сопротивление срабатывания каждой ступени при номинальном токе Iном=5 А должно регулироваться в диапазоне (0.1- 400) Ом/фазу по оси реактивных и активных сопротивлений.

Выдержки времени ступеней ДЗ ВН (ДЗ СН) должны регл-ся в диапазоне (0-10) с.

Коэффициент возврата дистанционного измерительного органа (ДИО) при угле максимальной чувствительности и токе не менее 2Iт.р должен быть не более 1.05.

При работе ДИО «по памяти» при трехфазных КЗ в месте установки защиты должна обеспечиваться длительность сигнала срабатывания на выходе ДИО не менее 0.06 с в диапазоне токов от 2Iт.р до 20Iном.



2.2.1.4 Токовая защита нулевой последовательности от КЗ на землю

Для резервирования отключения внешних КЗ на землю предусмотрены две токовые защиты нулевой последовательности:

- ТНЗНП на стороне 220кВ. Все ступени защиты направлены в сеть 220 кВ и действуют с первой выдержкой времени на деление стороны 220 кВ автотрансформатора, со второй выдержкой времени - на отключение выключателей 220 кВ автотрансформатора и с третьей выдержкой времени - на полное отключение автотрансформатора.

- ТНЗНП на стороне 110кВ. Все ступени защиты направлены в сеть 110кВ и действуют с первой выдержкой времени на деление стороны 110 кВ автотрансформатора, со второй выдержкой времени - на отключение выключателей 110 кВ автотрансформатора и с третьей выдержкой времени - на полное отключение автотрансформатора.

Первичный ток срабатывания первой и второй ступени выбирается по условиям:

1. Согласование по чувствительности соответственно с первой и второй ступенями от замыканий на землю смежных линий:

2. Ток срабатывания первой ступени должен отстраиваться от броска намагничивающего тока при включении под напряжение защищаемого АТ.

Выбранный по указанным выше условиям, ток срабатывания второй ступени проверяется по условию отстройки от тока небаланса, возникающего:

- при КЗ между тремя фазами на стороне НН АТ, если защита не согласована по времени с защитами от многофазных КЗ, установленных на стороне НН;

- при качаниях или асинхронном ходе;

Первичный ток срабатывания третьей ступени выбирается по условию отстройки от тока небаланса:

- при КЗ между тремя фазами на стороне НН АТ, если защита не согласована по времени с защитами от многофазных КЗ, установленных на стороне НН;

- в послеаварийном нагрузочном режиме по выражению:

Где - утроенный ток нулевой последовательности, обусловленный несимметрией в системе;

- ток небаланса в послеаварийном нагрузочном режиме;

Выдержка времени первой, второй и третьей ступеней защиты выбирается по условию согласования с соответствующими ступенями защит от замыканий на землю смежных линий.

Чувствительность определяется по выражению:

Где - утроенный ток нулевой последовательности в месте установки защиты при металлическом кз на землю одной фазы в расчетной точке.

2.2.2 Релейная защита шин 220 кВ

Защита шин 220 кВ выполнена с использованием МП терминалов типа 7SS52 производства фирмы SIEMENS.

Данный терминал содержит следующие функции:

- дифференциальную токовую защиту шин;

- устройство резервирования при отказе выключателя;

- защиту от КЗ в мертвой зоне выключателя присоединения;

- максимальную токовую защиту присоединения (не используется).

Дифференциальная защита шин, состоящая из центрального терминала типа 7SS522 и терминалов присоединений типа 7SS525, является универсальной, быстродействующей, селективной защитой от всех видов коротких замыканий.

Дифференциальный ток I _диф (Id) измерительного органа защиты равен геометрической сумме токов всех присоединений. Ток торможения (стабилизации) I _торм (Is) равен арифметической сумме этих токов.

Характеристика срабатывания дифференциальной токовой с торможением защиты в относительных координатах ( I_диф/I_{ном тт} ,I_торм./I_{ном тт} , где I _{ном тт} - номинальный ток трансформатора тока), представляет собой ломаную линию, состоящую из двух участков: горизонтального и наклонного (рисунок 2.5).

Точка пересечения участков характеристики срабатывания имеет координаты:

I s = I торм.нач - относительное значение тока «начала торможения»;

Id> = I с.з мин - минимальный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения.

Второй участок характеристики срабатывания начинается в начале координат (см рис. 2.5). Тангенс угла наклона второго участка характеристики определяется значением коэффициента торможения Кторм, под которым понимается отношение приращений дифференциального тока к току торможения.

В качестве базового тока, по отношению к которому в центральном терминале задаются все уставки, принят наибольший из первичных номинальных токов трансформаторов тока присоединений.

Необходимо отметить, что указанная защита не имеет чувствительного дифференциального органа, который используется в отечественной практике в режиме опробования или АПВ шин.

Ниже приведены методические указания по расчету параметров срабатывания дифференциальной защиты шин.

Минимальный ток срабатывания защиты шин Iсз мин при отсутствии торможения I торм.нач., выбирается из двух условий:

- отстройки от расчетного тока небаланса в максимальном нагрузочном (рабочем) режиме, определяемом наибольшим из нагрузочных токов присоединений;

- отстройки от тока в защите в режиме обрыва провода во вторичных цепях трансформатора тока присоединения системы шин с наибольшим током нагрузки

Расчетным является второе условие.

Отстройка защиты от тока небаланса в переходном режиме внешнего КЗ обеспечивается торможением.

По первому условию минимальный ток срабатывания защиты определяется по выражению:

- коэффициент отстройки;

- составляющая тока небаланса, обусловленная различием погрешностей трансформаторов тока;

- коэффициент, учитывающий увеличение погрешности трансформаторов тока в результате наличия апериодической составляющей тока при внешних КЗ (принят равным 1, так как рассматривается нормальный режим работы присоединений);

- коэффициент однотипности трансформаторов тока;

- относительное значение полной погрешности трансформатора тока в режиме, соответствующем «началу торможения»;

- наибольший из первичных номинальных токов трансформаторов тока присоединений 220 кВ;

- составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью входных трансформаторов тока, погрешностью выравнивания токов плеч защиты и погрешностью АЦП терминала;

- относительное значение полной погрешности входных трансформаторов тока, выравнивания токов плеч защиты и АЦП терминала.

По второму условию минимальный ток срабатывания защиты определяется по выражению:

,

где - коэффициент отстройки.

Коэффициент торможения k_торм обеспечивает отстройку защиты от относительно больших значений тока небаланса, появляющегося в защите в переходном режиме внешнего КЗ.

Коэффициент торможения определяется по выражению:

где - коэффициент отстройки;

- максимальный ток небаланса в защите при внешнем КЗ и его составляющие;

- составляющая тока небаланса, обусловленная различием погрешностей трансформаторов тока при внешнем КЗ

- коэффициент учитывающий увеличение погрешности трансформатора тока в результате наличия апериодической составляющей в переходном режиме внешнего КЗ;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока;

- относительное значение полной погрешности трансформаторов тока в переходном режиме внешнего КЗ;

- максимальный ток в защите при внешнем КЗ;

- составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью промежуточных трансформаторов тока, погрешностью выравнивания токов плеч защиты и погрешностью АЦП терминала;

- ток торможения в защите при внешнем КЗ.

Ток «начала торможения» определяется по выражению:

Ток срабатывания функции контроля дифференциального тока в терминале определяется по выражению:

Коэффициент чувствительности защиты при токах торможения, не превышающих ток «начала торможения», определяется по выражению:



Коэффициент чувствительности защиты при токах торможения, превышающих ток «начала торможения», определяется по выражению:

,

где - минимальное значение дифференциального тока в защите при КЗ в защищаемой зоне;

- коэффициент торможения;

- ток торможения в защите.

- ток «начала торможения».

2.2.2.1 Расчеты параметров срабатывания дифференциальной защиты шин 220 кВ

Расчеты параметров срабатывания производятся согласно [17], [18]. Расчеты токов короткого замыкания производятся в ПВК «RastrKZ».

А

- ток КЗ на шинах ВН в минимальном режиме - W1 и W2 выведены из работы. Режим, когда W1 работает, а W2 и W3 выведены из работы, не рассматривается ввиду его малой вероятности.

Защита удовлетворяет условию чувствительности.



Глава 3. Требования по ОТ при проведении работ в электроустановках 35-220 кВ

3.1 Основные определения

Согласно [20]:

Бригада - группа из двух человек и более, включая производителя работ.

Верхолазные работы - работы, выполняемые на высоте более 5 м от поверхности земли, перекрытия или рабочего настила, над которым производятся работы непосредственно с конструкций или оборудования при их монтаже или ремонте, при этом основным средством, предохраняющим работника от падения, является предохранительный пояс.

Воздушная линия электропередачи - Устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным с помощью изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях (мостах, путепроводах и т.п.). За начало и конец воздушной линии электропередачи принимаются линейные порталы или линейные вводы РУ, а для ответвлений -- ответвительная опора и линейный портал или линейный ввод РУ

Вторичные цепи (вторичные соединения) - Совокупность рядов зажимов, электрических проводов и кабелей, соединяющих приборы и устройства управления, цепей, электроавтоматики, блокировки, измерения, релейной защиты, контроля и сигнализации

Допуск к работам первичный - допуск к работам по распоряжению или наряду, осуществляемый впервые.

Допуск к работам повторный - допуск к работам, ранее выполнявшимся по наряду, а также после перерыва в работе.

Заземление - преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки системы электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

Защитное заземление - заземление частей электроустановки с целью обеспечения электробезопасности.

Зона влияния электрического поля - Пространство, в котором напряженность электрического поля превышает 5 кВ/м

Зона влияния магнитного поля - Пространство, в котором напряженность магнитного поля превышает 80 А/м

Знак безопасности (плакат) - Знак, предназначенный для предупреждения человека о возможной опасности, запрещении или предписании определенных действий, а также для информации о расположении объектов, использование которых связано с исключением или снижением последствий воздействия опасных и (или) вредных производственных факторов.

Инструктаж целевой - указания по безопасному выполнению конкретной работы в электроустановке, охватывающие категорию работников, определенных нарядом или распоряжением, от выдавшего наряд, отдавшего распоряжение до члена бригады или исполнителя.

Коммутационный аппарат - электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрической цепи и снятия напряжения с части электроустановки (выключатель, выключатель нагрузки, отделитель, разъединитель, автомат, рубильник, пакетный выключатель, предохранитель и т.п.).

Наряд-допуск (наряд) - задание на производство работы, оформленное на специальном бланке установленной формы и определяющее содержание, место работы, время ее начала и окончания, условия безопасного проведения, состав бригады и работников, ответственных за безопасное выполнение работы.

Охрана труда - согласно [21], система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия

Персонал административно-технический - руководители и специалисты, на которых возложены обязанности по организации технического и оперативного обслуживания, проведения ремонтных, монтажных и наладочных работ в электроустановках.

Персонал оперативный - персонал, осуществляющий оперативное управление и обслуживание электроустановок (осмотр, оперативные переключения, подготовку рабочего места, допуск и надзор за работающими, выполнение работ в порядке текущей эксплуатации).

Персонал оперативно-ремонтный - ремонтный персонал, специально обученный и подготовленный для оперативного обслуживания в утвержденном объеме закрепленных за ним электроустановок.

Персонал ремонтный - персонал, обеспечивающий техническое обслуживание и ремонт, монтаж, наладку и испытание электрооборудования.

Подготовка рабочего места - Выполнение до начала работ технических мероприятий для предотвращения воздействия на работающего опасного производственного фактора на рабочем месте

Присоединение - Электрическая цепь (оборудование и шины) одного назначения, наименования и напряжения, присоединенная к шинам РУ, генератора, щита, сборки и находящаяся в пределах электростанции, подстанции и т.п. Электрические цепи разного напряжения одного силового трансформатора (независимо от числа обмоток), одного двухскоростного электродвигателя считаются одним присоединением. В схемах многоугольников, полуторных и т.п. схемах к присоединению линии, трансформатора относятся все коммутационные аппараты и шины, посредством которых эта линия или трансформатор присоединены к РУ

Работа без снятия напряжения на токоведущих частях или вблизи них (под напряжением) - работа, выполняемая с прикосновением к токоведущим частям, находящимся под напряжением (рабочим или наведенным), или на расстоянии от этих токоведущих частей менее допустимых.

Работы со снятием напряжения - работа, когда с токоведущих частей электроустановки, на которой будут проводиться работы, отключением коммутационных аппаратов, отсоединением шин, кабелей, проводов снято напряжение и приняты меры, препятствующие подаче напряжения на токоведущие части к месту работы.

Рабочее место при выполнении работ в электроустановке - участок электроустановки, куда допускается персонал для выполнения работы по наряду, распоряжению или в порядке текущей эксплуатации.

Работы, выполняемые в порядке текущей эксплуатации - небольшие по объему (не более одной смены) ремонтные и другие работы по техническому обслуживанию, выполняемые в электроустановках напряжением до 1000 В оперативным, оперативно-ремонтным персоналом на закрепленном оборудовании в соответствии с утвержденным руководителем организации перечнем.

Работы на высоте - работы, при выполнении которых работник находится на расстоянии менее 2 м от неогражденных перепадов по высоте 1,3 м и более. При невозможности устройства ограждений работы должны выполняться с применением предохранительного пояса и страховочного каната.

Работник, имеющий группу II-V - степень квалификации персонала по электробезопасности. (в правилах указываются минимально допускаемые значения групп по электробезопасности, т.е. в каждом конкретном случае работник должен иметь группу не ниже требуемой: II, III, IV или V.)

Распоряжение - задание на производство работы, определяющее ее содержание, место, время, меры безопасности (если они требуются) и работников, которым поручено ее выполнение, с указанием группы по электробезопасности.

Распределительное устройство - электроустановка, служащая для приема и распределения электроэнергии и содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, вспомогательные устройства (компрессорные, аккумуляторные и др.), а также устройства защиты, автоматики и измерительные приборы.

Распределительное устройство открытое - распределительное устройство, где все или основное оборудование расположено на открытом воздухе.

Распределительное устройство закрытое - распределительное устройство, оборудование которого расположено в здании.

Часть токоведущая - Часть электроустановки, нормально находящаяся под напряжением

Часть нетоковедущая - Часть электроустановки, которая может оказаться под напряжением в аварийных режимах работы, например, корпус электрической машины

Электрическая подстанция - Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии

Электроустановка - Совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии

Электроустановка действующая - Электроустановка или ее часть, которые находятся под напряжением либо на которые напряжение может быть подано включением коммутационных аппаратов



Таблица 3.1

Допустимые расстояния до токоведущих частей, находящихся под напряжением

Напряжение, кВ	Расстояние от людей и применяемых ими инструментов и приспособлений, от временных ограждений, м	Расстояния от механизмов и грузоподъемных машин в рабочем и транспортном положении, от стропов, грузозахватных приспособлений и грузов, м
	На ВЛ	0,6	1,0
До 1	В остальных электроустановках	Не нормируется (без прикосновения)	1,0
1-35	0,6	1,0
60*, 110	1,0	1,5
150	1,5	2,0
220	2,0	2,5
330	2,5	3,5
400*, 500	3,5	4,5
750	5,0	6,0
800*	3,5	4,5
1 150	8,0	10,0

* Постоянный ток.

3.2 Общие положения

При замыкании на землю в электроустановках напряжением 3-35 кВ приближаться к месту замыкания на расстояние менее 4 м в ЗРУ и менее 8 м - в ОРУ и на ВЛ допускается только для оперативных переключений с целью ликвидации замыкания и освобождения людей, попавших под напряжение. При этом следует пользоваться электрозащитными средствами.

Работы в действующих электроустановках должны проводиться по наряду-допуску (далее - наряду), форма которого и указания по его заполнению приведены в приложении, по распоряжению, по перечню работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации.

Не допускается самовольное проведение работ, а также расширение рабочих мест и объема задания, определенных нарядом или распоряжением или утвержденным перечнем работ, выполняемых в порядке текущей эксплуатации.

Выполнение работ в зоне действия другого наряда должно согласовываться с работником, выдавшим первый наряд (ответственным руководителем или производителем работ).

Согласование оформляется до начала подготовки рабочего места по второму наряду записью «Согласовано» на лицевой стороне второго наряда и подписями работников, согласующих документ.

Не допускается в электроустановках работать в согнутом положении, если при выпрямлении расстояние до токоведущих частей будет менее расстояния, указанного в таблице 3.1.

Не допускается при работе около неогражденных токоведущих частей располагаться так, чтобы эти части находились сзади работника или с двух боковых сторон.

Персоналу следует помнить, что после исчезновения напряжения на электроустановке оно может быть подано вновь без предупреждения.

Не допускаются работы в неосвещенных местах. Освещенность участков работ, рабочих мест, проездов и подходов к ним должна быть равномерной, без слепящего действия осветительных устройств на работающих.

При приближении грозы должны быть прекращены все работы на ВЛ, ВЛС, ОРУ, на вводах и коммутационных аппаратах ЗРУ, непосредственно подключенных к ВЛ, на КЛ, подключенных к участкам ВЛ, а также на вводах ВЛС в помещениях узлов связи и антенно-мачтовых сооружениях.

Весь персонал, работающий в помещениях с энергооборудованием (за исключением щитов управления, релейных и им подобных), в ЗРУ и ОРУ, в подземных сооружениях, колодцах, туннелях, траншеях и котлованах, а также участвующий в обслуживании и ремонте ВЛ, должен пользоваться защитными касками.