Релейная защита и автоматика подстанции 220/110/10 кВ

Достоинствами газовой защиты являются:

- высокая чувствительность, позволяющая реагировать практически на все опасные повреждения внутри бака,

- весьма небольшое для неэлектрического метода время срабатывания (0,1-0,15 с) при больших скоростях потока масла.

К недостаткам защиты можно отнести:

- значительное время срабатывания при медленном газообразовании, что не позволяет отнести ее к быстродействующим,

- не реагирует на повреждения, возникающие вне бака, но в зоне между трансформатором и выключателями (на вводных втулках, соединенных с выключателями), поэтому она не может быть единственной защитой от внутренних повреждений,

- при использовании защиты в районах с сильными землетрясениями, на установках, вблизи которых производят взрывные работы, могут возникать затруднения с выполнением ее действия на отключение

- защиту временно переводят действием только на сигнал при доливке масла, включении трансформатора в работу после ремонта.

Газовая защита должна действовать:

- на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла;

- на отключение выключателя при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла;

- на пуск УРОВ.

Реле устанавливается в расширительной трубе автотрансформатора.

7.1.2 Резервные защиты резервируют основные защиты и реагируют на внешние КЗ, действуя на отключение выключателей с выдержкой времени

Токовая защита обратной последовательности

Токовая защита обратной последовательности предназначена для резервирования отключения несимметричных внешних КЗ на сторонах высшего и среднего напряжений, а также для резервирования основных защит.

Защита устанавливается на стороне 220 кВ и выполнена направленной.

Токовая защита обратной последовательности должна действовать:

- с первой выдержкой времени на отключение выключателей 220кВ;

- со второй на выходные промежуточные реле защит АТ;

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению дополнительно устанавливается на стороне низкого напряжения автотрансформатора, так как токовая защита обратной последовательности имеет недостаточную чувствительность к КЗ на стороне НН и предназначена для защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными КЗ на НН.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению должна действовать:

- с первой выдержкой времени на отключение выключателей 10 кВ и на пуск АПВ;

- со второй на выходные промежуточные реле защит АТ;



Токовая защита нулевой последовательности от внешних КЗ на землю

Токовая защита нулевой последовательности от внешних КЗ на землю предназначена для резервирования отключения внешних КЗ.

Предусмотрены две токовые защиты нулевой защиты:

- защита от замыканий на землю на стороне 220 кВ;

- защита от замыканий на землю на стороне 110 кВ;

Защита выполняется направленной трехступенчатой для обеспечения согласования с ними четырехступенчатых защит линий смежных напряжений.

Токовая защита нулевой последовательности от внешних КЗ на землю должна действовать:

- на стороне 220 кВ на отключение выключателя 220 кВ и пуск реле времени, а само реле времени на выходные промежуточные реле защиты, отключающие его со всех сторон;

- на стороне 110 кВ на отключение выключателя 110 кВ и пуск реле времени, с первой выдержкой времени на отключение выключателя 110 кВ, а со второй на выходные промежуточные реле защиты АТ;

УРОВ

На подстанции с автотрансформаторами 220 кВ, должна быть предусмотрена возможность оперативного ускорения защит от токов, обусловленных внешними КЗ, при выводе из действия дифференциальных защит шин или ошиновки, обеспечивающего отключение повреждений на элементах, оставшихся без быстродействующей защиты с выдержкой времени около 0,5 с.



7.1.4 Защиты от ненормальных режимов - это защиты действующие на сигнал

МТЗ от симметричной перегрузки

МТЗ от симметричной перегрузки предназначена для подачи сигнала дежурному персоналу о перегрузке трансформатора. Устанавливается со стороны высокого напряжения. Защита выполняется с токовым реле в одной фазе и независимой выдержкой времени.

Защита напряжения нулевой последовательности

Защита напряжения нулевой последовательности предназначена от замыканий на землю на стороне низшего напряжения, работающей с изолированной нейтралью.

7.1.5 Перечень защит линии устанавливаемых в сети напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью

Для линий в сети 10 кВ с изолированной нейтралью, должны быть предусмотрены следующие устройства релейной защиты от:

1) многофазных замыканий на землю;

2) однофазных замыканий на землю;

Защита от многофазных замыканий на землю

Защиту от многофазных замыканий предусмотрена в двухфазном исполнении и включается в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю, только одного места повреждения.

Защита выполняется одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требования чувствительности и надежности.

Защита от многофазных замыканий выполнена в виде двухступенчатой токовой защиты:

- первая ступень в виде токовой отсечки;

- вторая ступень в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Токовая отсечка выполняется без выдержки времени и зона ее действия определяется из условия отключения КЗ, по условию остаточного напряжения на шинах подстанции ниже 0,5 -- 0,6 номинального. Для выполнения указанного условия допускается выполнять защиту неселективной в сочетании с устройствами АПВ или АВР, исправляющими полностью или частично неселективное действие защиты.

Защита от однофазных замыканий на землю.

Защита от однофазных замыканий на землю выполнена в виде:

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на сигнал;

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности; защита должна быть установлена на питающих элементах во всей электрически связанной сети;

- устройства контроля изоляции; при этом отыскание поврежденного элемента должно осуществляться специальными устройствами; допускается отыскание поврежденного элемента поочередным отключением присоединений.

Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности.

Защита в первую очередь должна реагировать:

- на установившиеся замыкания на землю;

7.1.6 Перечень защит линии устанавливаемых в сети напряжением 110-220 кВ с эффективно заземленной нейтралью

Для линий 110 - 220 кВ с эффективно заземленной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от:

1) многофазных коротких замыканий;

2) коротких замыканий на землю;

Для линий 110 - 220 кВ вопрос о типе основной защиты, в том числе о необходимости применения защиты, действующей без замедления при КЗ в любой точке защищаемого участка, должен решаться в первую очередь с учетом требования сохранения устойчивости работы энергосистемы. При этом, если по расчетам устойчивости не предъявляются другие, более жесткие требования, может быть принято, что указанное требование, как правило, удовлетворяется, когда трехфазные КЗ, при которых остаточное напряжение на шинах электростанций и подстанций ниже 0,6 -- 0,7 Uном, отключаются без выдержки времени. Меньшее значение остаточного напряжения (0,6 Uном) может быть допущено для линий 110 кВ.

При выборе типа защит, устанавливаемых на линиях 110--220 кВ, кроме требования сохранения устойчивости работы энергосистемы должно быть учтено следующее:

- На линиях 110 кВ и выше, отходящих от АЭС, а также на всех элементах прилегающей сети, на которых при многофазных КЗ остаточное напряжение прямой последовательности на стороне высшего напряжения блоков АЭС может снижаться более чем до 0,45 номинального, следует обеспечивать резервирование быстродействующих защит с выдержкой времени, не превышающей 1,5 с с учетом действия УРОВ.

- Повреждения, отключение которых с выдержкой времени может привести к нарушению работы ответственных потребителей, должны отключаться без выдержки времени (например, повреждения, при которых остаточное напряжение на шинах электростанций и подстанций будет ниже 0,6 Uном если отключение их с выдержкой времени может привести к саморазгрузке вследствие лавины напряжения, или повреждения с остаточным напряжением 0,6 Uном и более, если отключение их с выдержкой времени может привести к нарушению технологии).

- При необходимости осуществления быстродействующего АПВ на линии должна быть установлена быстродействующая защита, обеспечивающая отключение поврежденной линии без выдержки времени с обеих сторон.

- При отключении с выдержкой времени повреждений с токами, в несколько раз превосходящими номинальный, возможен недопустимый перегрев проводников.

Допускается применение быстродействующих защит в сложных сетях и при отсутствии изложенных выше условий, если это необходимо для обеспечения селективности.

Линии 110-220 кВ.

- Ступенчатая дистанционная защита.

Ступенчатая дистанционная защита предназначена для защиты от многофазных замыканий. В качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Дистанционная защита реагирует уменьшение сопротивления защищаемой сети.

- первая ступень защищает 80-90% длины линии и работает без выдержки времени.

- вторая ступень защищает всю длину линии и работает с выдержкой времени.

- третья ступень является резервной, она защищает свою линию и смежную и работает с выдержкой времени.

- Ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности.

Ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности предназначена для защиты от замыканий на землю.

Защита устанавливается со стороны питания.

С целью повышения чувствительности защиты нулевой последовательности допускается предусматривать выведение из работы отдельных ее ступеней при отключении выключателя параллельной линии.

- первая ступень выполнена с помощью токовой отсечки без выдержки времени и реле направления мощности, она предназначена для отключения КЗ в начале линии.

- вторая ступень выполнена с помощью токовой отсечки с выдержкой времени и предназначена для защиты от КЗ всей линии.

- третья ступень предназначена для резервирования ЛЭП, отходящих от шин противоположной подстанции, выполнена с помощью МТЗ с выдержкой времени.

- четвертая ступень предназначена для резервирования РЗ следующего участка с наибольшим коэффициентом чувствительности, выполнено с помощью МТЗ с выдержкой времени.

7.1.7 Перечень защит шин

Дифференциальная токовая защита шин.

В качестве защиты сборных шин подстанции 220/110 устанавливаем, дифференциальную токовую защиту без выдержки времени, охватывающую все элементы, которые присоединены к системе или секции шин. Защита осуществляться с применением специальных реле тока, отстроенных от переходных и установившихся токов небаланса (реле, включенных через насыщающиеся трансформаторы тока, реле с торможением).

В защите шин 220/110 кВ предусмотрено возможность изменения фиксации при переводе присоединения с одной системы шин на другую на рядах зажимов. Дифференциальная защита, выполнена с устройством контроля исправности вторичных цепей задействованных трансформаторов тока, действующим с выдержкой времени на вывод защиты из работы и на сигнал.

Ликвидация КЗ на двойной секционированной системе шин 10 кВ осуществляется действием защит трансформаторов от внешних КЗ и защит, установленных на секционном или шиносоединительном выключателе. В целях повышения чувствительности и ускорения действия защиты шин подстанции применяем защиту, включенную на сумму токов питающих элементов.

Защиту шин следует выполнять так, чтобы при опробовании поврежденной системы или секции шин обеспечивалось селективное отключение системы (секции) без выдержки времени.

7.2 Общие сведения о расчете дифференциальной токовой защиты автотрансформатора

Расчет дифференциальной токовой защиты понижающего автотрансформатора 230/121/11 кВ мощностью 63 МВА. Автотрансформатор имеет встроенное регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне среднего напряжения в пределах () номинального.

На подстанции установлено два автотрансформатора, которые работают параллельно на сторонах 220 и 110 кВ.

Пример рассчитан в именованных единицах. Сопротивления, приведенные к стороне высшего напряжения, на рисунках указаны в омах.

Сопротивления защищаемого автотрансформатора рассчитаны при двух крайних положениях регулятора.

7.3 Определение напряжения U_К в зависимости от положения переключателя РПН

7.3.1 Минимальное положение переключателя РПН

7.3.2. Максимальное положение переключателя РПН

7.4 Определения сопротивлений элементов подстанции

7.4.1. Определения сопротивления автотрансформатора при различных положениях переключателя РПН

Максимальное положение переключателя РПН

Минимальное положение переключателя РПН

7.4.2 Определение сопротивлений линий на стороне ВН:

7.4.3. Определения сопротивлений систем:

7.4.4. Определение суммарного сопротивления на стороне ВН:

Переход от треугольника к звезде:

Суммарное сопротивление:

Обрыв линии 3:

Обрыв линии 1:

Обрыв линии 2:

В итоге выбирается:

7.4.5. Определение сопротивления реактора:

7.5 Определение расчётных первичных токов для всех сторон защищаемого автотрансформатора, соответствующих его проходной мощности

По этим токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока и коэффициентов схемы.

Расчеты сводятся в таблицу №7.1

Таблица №7.1

Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовое значение для стороны
		220 кВ	110 кВ	10 кВ
Первичный ток на сторонах защищаемого автотр-ра, соответ. его номинальной мощности, А
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	К1	600/5	300/5	1500/5
Схема соединения трансформаторов тока	-
Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий проходной. мощности защищ. автотр-ра, А

7.6 Выбор параметров автотрансформаторов тока, трансреактора реле и промежуточного трансформатора тока цепи торможения

За основную сторону принята сторона основного питания 220 кВ

Расчёты сводятся в таблицу №7.2

Таблица №7.2

Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовое значение для стороны
		220 кВ	110 кВ	10 кВ
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на основной стороне, А		2,5	-	-
Расчётный ток ответвления автотрансформаторов тока на не основных сторонах, А		-
Тип трансформаторов тока, которые включаются в плечо защиты	Табличные данные	-	АТ-32	АТ-32
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформаторов тока, к которому подводятся вторичные токи в плече защиты, А		-	9,53	12,05
Номер используемого ответвления автотр-ов тока, к которому подводятся вторичные токи в плече защиты		-	1-7	1-10
Номер используемого ответвления автотрансформаторов тока, к которому подключается реле		-	1-8	1-6
Номинальный ток используемого ответвления автотрансформаторов тока, к которому подключается реле, А		-	4,25	3,63
Номинальный ток принятого ответвления трансреактора реле на не основных сторонах, А		-	4,25	3,63
Номер используемого ответв. трансреактора реле		6	3	4
Расчётный ток ответвления промежуточных трансформаторов тока цепи торможения реле, А		2,28
Номинальный ток принятого ответвления приставки и промежуточных трансформаторов тока, А		2,5	3,75	3
Номер используемого ответвления приставки и промежуточных трансформаторов тока реле	Табличные данные	4	2	3

7.7 Определение первичного тормозного тока, соответствующего началу торможения

- коэффициент токораспределения высокой и средней стороны.

7.8 Определение тока небаланса в режиме, соответствующего началу торможения

- коэффициент, учитывающий переходный режим;

- коэффициент однотипности трансформатора тока;

- относительная полная погрешность трансформатора тока;

- относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на стороне СН.



7.9 Определение первичного минимального тока срабатывания защиты (её чувствительного органа) по следующим условиям

- отстройка от расчетного первичного тока небаланса в режиме, соответствующем началу торможения

- коэффициент запаса по избирательности

- отстройка от броска тока намагничивания

За расчётное принимаем большее из полученных расчётных значений:

7.10. Определяем относительный минимальный ток срабатывания реле (его чувствительного органа) при отсутствии торможения. За расчётную принимаем сторону СН.

7.11 Определяем первичный максимальный ток, проходящий через защищаемый автотрансформатор при внешнем КЗ

7.12 Определяем максимальный расчётный ток небаланса при внешнем трех фазном КЗ

7.13 Определяем коэффициент торможения защиты

7.14. Определяем первичный ток срабатывания отсечки по условию отстройки от максимального первичного тока небаланса при переходном режиме внешнего КЗ на шинах 110кВ.

Уставка отсечки принята равной

При такой уставке первичный ток срабатывания отсечки больше его расчётного значения и равен:

7.15 Определяем коэффициент чувствительности защиты (её чувствительного органа)

Для этого рассматриваем разные точки КЗ и рассчитываем соответствующие токи.

На схемах замещения все сопротивления указаны для максимального и минимального (в скобках) режимов работы в Омах.

Расчёт коэффициентов чувствительности производиться по следующей формуле:

- минимальное значение периодической составляющей суммарного тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне.

- ток срабатывания защиты.

- коэффициент схемы, определяемый видом повреждения (m).

Расчёт тока в точке КЗ 1

Рис. 7.2.

Расчёт тока в точке КЗ 2

Рис. 7.3.

Расчёт тока в точке КЗ 3

Рис. 7.4.



Расчёт тока в точке КЗ 4

Рис. 7.5.

Расчеты коэффициентов чувствительности для разных видов КЗ сводятся в таблицу № 7.3.

Таблица №7.3.

Вид КЗ в защищаемой зоне	Коэффициент чувствительности защиты ДЗТ-21
	При +РО	При -РО
КЗ 1 (между двумя фазами на стороне НН автотрансформатора за реактором, при включенных выключателях и при работе обоих автотр-ров)
КЗ 2 (между двумя фазами на стороне НН автотрансформатора за реактором, при включенных выключателях и при работе только одного автотр-ра)
КЗ 3 (между двумя фазами на стороне ВН автотрансформатора, при отключенном выключателе со стороны ВН и при работе обоих автотр-ров)
КЗ 4 (между двумя фазами на стороне СН автотрансформатора, при отключенном выключателе со стороны СН и при работе обоих автотр-ров)

Из таблицы № 7.3 следует, что чувствительность защиты обеспечивается с большим запасом (К_ч>2). Указанное подтверждает то обстоятельство, что расчёт чувствительности дифференциальной защиты, выполненный с реле типа ДЗТ-21, как правило, не проводиться.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении бакалаврской работы «Релейная защита и автоматика подстанции 220/110/10 кВ» были рассмотрены следующие вопросы.

Была разработана электрическая часть подстанции 220/110/10 кВ, то есть выбрано устанавливаемое на ней оборудование (трансформаторы, выключатели, разъединители, измерительные трансформаторы тока и напряжения), схемы РУ. Отражен вопрос выбора средств ограничения токов КЗ. В качестве таковых на данной подстанции применяются сдвоенные реакторы на стороне низшего напряжения трансформаторов.

В последней части работы рассмотрены принципы выполнения релейной защиты автотрансформаторов на основе реле ДЗТ-21. Были рассчитаны все параметры срабатывания этой защиты, и сама защита была проверена по коэффициентам чувствительности. Так же были рассмотрены все возможные виды защит линий, автотрансформаторов, шин и других основных элементов подстанции.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М: Энергоатомиздат, 1989

2. Балаков Ю.Н., Мисриханов М.Ш., Шунтов А.В. Проектирование схем электроустановок: Учебное пособие для вузов- М.: Издательство МЭИ, 2004

3. Справочник по проектированию электрических сетей. Под ред. Д.Л. Файбисовича. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС,2009

4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/Под ред.С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро.М.:Энергоатомиздат, 1985

5. Правила устройства электроустановок - 7-е изд. М.:Энергоатомиздат,2007

6. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. М., Энергоатомиздат, 1998

7. www.complectprom.ru

8. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750 кВ (НТП ПС), дата введения 13.04.2009, ОАО «ФСК ЕЭС»

9. Руководящие указания по релейной защите, выпуск 11 «Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 кВ» - М.: Энергия, 1979

10. Руководящие указания по релейной защите, выпуск 13А «Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. Схемы» - М.: Энергоатомиздат, 1985

11. Руководящие указания по релейной защите, выпуск 13Б «Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. Расчеты»-М.:Энергоатомиздат, 1985

12. Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1992.

Размещено на Allbest.ru