Релейная защита в СЭС

Ток будет отключен за время 0,12-0,2 с, при отказе мгновенной токовой отсечки.

4.3) Мгновенная токовая отсечка

Ток будет отключен за время 0,02-0,05 с.

Ток будет отключен за время 0,02-0,05 с.

4. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ РАССМАТРИВАЕМОГО ФРАГМЕНТА СЭС

4.1 Расчет рабочих максимальных и пиковых токов

Для последующего расчета уставок релейной защиты рассматриваемого фрагмента СЭС необходимо знать значение рабочих максимальных и пиковых токов, которые могут протекать по защищаемым элементам рассматриваемого фрагмента СЭС.

4.1.1 Токи кабельных линий КЛ1 и КЛ2

Согласно [8, 2.5.1] максимальный рабочий ток нагрузки IРАБ.МАКС кабельных линий КЛ1 и КЛ2 следует принять равным длительно допустимому току IДЛ.ДОП одного кабеля. Согласно [1, табл.7.14] для кабелей М-3х240 длительно допустимый ток IДЛ.ДОП равен 430 А, но этот длительно допустимый ток не является достаточным, так как только на питание двух трансформаторных подстанций ТП7 и ТП9 необходимо 410,56А (см. пункт 4.1.5), а кроме этих нагрузок на шинах присутствуют и другие нагрузки. Необходимо увеличить сечение КЛ1 и КЛ2. Примем к установке М-3x300 длительно допустимый ток IДЛ.ДОП равен 660 А

Для определения пикового тока используется коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение рабочего тока за счет пуска или самозапуска электродвигателей напряжением 6 кВ [11, 19.6]:

Пиковый ток равен:

IПИК= КСЗП • IРАБ.МАКС=1,3•660=858 А (4.1)

4.1.2 Токи трансформаторов Т1 и Т2

а) со стороны 6 кВ:

Рабочий максимальный ток с учетом аварийной перегрузки трансформатора определяется по формуле:

(4.2)

где 1,6- коэффициент учитывающих аварийную перегрузку трансформатора при питании обоих секций шин 6 кВ от одного трансформатора;

IТ.Н.- Номинальный ток трансформатора со стороны 6 кВ;

SТ.Н.- Номинальная мощность трансформатора. Для трансформаторов ТДНС-10000/35/6,6 Sт.н=10000 кВА;

UСР.НН- среднее напряжение трансформатора со стороны НН. UСР.НН=6,3 кВ.

По (4.2):

Пиковый ток также находится по выражению (4.1):

IПИК=КСЗП • IРАБ.МАКС=1,3•1,466=1,906 кА.

б) со стороны 35 кВ:

Рабочий и максимальный и пиковый токи на стороне 35 кВ находятся по формулам:

(4.3)

(4.4)

4.1.3 Токи секционного выключателя подстанции 35/6 кВ

Согласно [10, 17.3.2] токи секционного выключателя находятся по формулам:

(4.5)

(4.6)

где 0,7- коэффициент, учитывающий возможную неравномерность нагрузки по секциям сборных шин.

По (4.5) и (4.6):

4.1.4 Токи секционного выключателя РП

По формулам (4.5) и (4.6):

4.1.5 Токи кабельных линий КЛ7 и КЛ8

Максимальный рабочий ток нагрузки IРАБ.МАКС кабельных линий КЛ7 и КЛ8 следует принять исходя из того, что КЛ7 питает две ТП: ТП7 и ТП9.

Но при этом длительно допустимый ток кабельных линий КЛ7 и КЛ8 IДЛ.ДОП ,меньше полученного значения. Согласно [1, табл.7.14] для кабелей А-3х150 длительно допустимый ток IДЛ.ДОП равен 275 А. В качестве кабеля для КЛ7 и КЛ8 примем кабель А-3x240 длительно допустимый ток IДЛ.ДОП равен 440 А. Для определения пикового тока используется коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение рабочего тока за счет пуска или самозапуска электродвигателей напряжением 6 кВ [11, 19.6]:

Пиковый ток равен:

IПИК= КСЗП • IРАБ.МАКС=1,3•410,56=533,728 А

Схема рассматриваемого фрагмента СЭС с диаграммой селективности и нанесенными токами КЗ, рассчитанными в разделе 2, а также рабочими максимальными и пиковыми токами рассматриваемого фрагмента сети представлена на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1- Схема рассматриваемого фрагмента СЭС

5. РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ РАССМАРИВАЕМОГО ФРАГМЕНТА СЭС

5.1 Расчет релейной защиты, установленной в начале КЛ7 и КЛ8

5.1.1 Защита от междуфазный КЗ

Как было сказано в разделе 1, защита от междуфазных в начале линии, питающей выполняется в виде двухступенчатой максимальной токовой защиты (МТЗ), состоящей из селективной защиты с зависимой от тока выдержкой времени и мгновенной токовой отсечки (МТО). Рассчитаем параметры этой защиты.

5.1.1.1 Расчет селективной токовой отсечки

а) Уставка по току СТО рассчитывается из условий:

- По условию отстройки от пиковых токов защищаемого элемента уставка по току СТО рассчитывается по формуле [10, 17.3.2]:

(5.1)

где Кн.о.- коэффициент надежности отстройки. Для микропроцессорный защит Кн.о. принимают 1,1. [10, 17.3.1];

Кв- коэффициент возврата, Кв=0,935;

По (5.1) (см. рисунок 4.1):

Выберем уставку по току срабатывания Is=Isd=630 А

-По условию согласования уставок по току вышестоящей и нижестоящей защит уставка по току СТО в данной работе рассчитана не может, т.к. неизвестны уставки по току СТО нижестоящих защит.

б) Уставка по времени срабатывания, согласно разделу 1: (см.рисунок 1.1)

в) Коэффициент чувствительности СТО [10,17.3.2]:

-при выполнении ею основной функции:

(5.2)

где - значение тока двухфазного КЗ в конце защищаемого участка при минимальном режиме работы системы.

По (5.2) (с.67):

Для выполнения СТО выбрана обратно зависимая от тока ВТХ. Рассчитаем точки ВТХ с помощью методики, изложенной в [10,17.5.2].

1) Для начала выберем в качестве обратнозависимой ВТХ характеристику SIT. Найдем коэффициент усиления по формуле:

(5.3)

где - время срабатывания при кратности тока I*, I*=I/Is;

I- Значение тока КЗ, для которого расчитывается время срабатывания;

Is- уставка по току срабатывания защиты;

б,k- коэффициенты аппроксимации, для SIT б=0,02; k=0,14

Для точки tsd=0,8 с; I=10•Is=6300 А по формуле (5.3):



2) Для точки I=6•Is=6•630=3780 А найдем по формуле:

(5.4)

По (5.4):

3) Результаты расчетов для остальных точек приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1-результаты расчетов времени срабатывания СТО в зависимости от величины тока КЗ

К	б	IS=Isd, А	tsd, с		, с, при разных ,
					1,1	2	3	4	6	10
0,14	0,02	630	0,8	0,269	19,738 693	2,698 1260	1,695 1890	1,34 2520	1,032 3780	0,8 6300

5.1.1.2 Расчет мгновенной токовой отсечки

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Для МТО, установленной на выключателях в начале линий КЛ7 и КЛ8 внешним КЗ является короткое замыкание после выключателей, установленных в конце КЛ7 и КЛ8 (точка Д).

а) Ток срабатывания МТО находится по формуле [10, 17.3.1]:

(5.5)

где - коэффициент надежности несрабатывания отсечки. Для микропроцессорных реле он равен 1,15;

- ток внешнего трехфазного КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы;

По (5.5) (с.67):

Выберем уставку по току срабатывания Ii=10,61 кА.

б) Мгновенная токовая отсечка должна чувствовать ток двухфазного КЗ в месте установки защиты (). Коэффициент чувствительности отсечки [9, п.3.2.21,пп.8]:

(5.6)

По (5.6) (с.67):

Поскольку МТО не может отключить ток КЗ в зоне защиты в минимальном режиме работы энергосистемы при условии отстройки от максимального тока внешнего КЗ, то применение МТО на защитах, установленной в начале КЛ7 и КЛ8, нецелесообразно.

5.1.2 Защита от однофазных замыканий на землю

Для расчета уставок защиты от однофазных замыканий на землю необходимо определить ток однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), создаваемый емкостными проводимостями всех линий, электрически связанных с местом повреждения. Для определения тока ОЗЗ составим полную схемы системы сети 6 кВ. Поскольку в исходных данных не приведено никаких сведений о таких электроприемниках, как ДСП, ИП, РКЗ, СД, АД, БК, электропривод, нет сведений о СРФ; а также отсутствуют данные о трансформаторах Т3-Т6, условно примем следующие параметры питающих их линий:

а) Кабельные линии ПС-ДСП, ПС-ИП, ПС-РКЗ, и ПС-Электропривод выполнены кабелем М-3х240 длиной L=100 м;

б) Линия, соединяющая ПС с СРФ, выполнена кабелем А-3х150 длиной L=30 м;

в) Линии РП-СД и РП-АД выполнены кабелем А-3х150 длиной 50 м;

г) Кабельные линии КЛ3 и КЛ4 выполнены кабелем А-3х150 длиной 500 м;

д) Воздушные линии ВЛ5 и ВЛ6 выполнены проводом АС-150 длиной 500 м;

Полная схема электроснабжения представлена на рисунке 5.1. Удельные емкостные токи ЛЭП для напряжения 6 кВ равны [10, табл.18.1;18.2]:

1) КЛ М-3х240 - Iуд=1,3 А/км;

2) КЛ А-3х150- Iуд=1,1 А/км;

3) ВЛ АС-150- Iуд=0,039 А/км;

4) КЛ M-3x500- Iуд=1,3 А/км (так как отсутствуют данные, то примем значение равное КЛ М-3х240, для упрощения дальнейших расчетов)

5) КЛ М-3x300- Iуд=1,3 А/км (так как отсутствуют данные, то примем значение равное КЛ М-3х240, для упрощения дальнейших расчетов)

6) КЛ А-3x240 - Iуд=1,3 А/км;

Поскольку схема делится на две части секционными выключателями ПС и РП, рассчитаем тока ОЗЗ для обеих частей схемы. Расчет токов ОЗЗ ведется по формуле[10, 18.1]:

(5.7)

где - удельный емкостной ток i-й линии;

-длина i-й линии.

Для кабельных линий КЛ1 и КЛ2 удельные емкостные токи удваиваются, т.к. они выполнены двумя параллельными кабелями. Результаты расчетов для левой и правой части схемы приведены в таблицах 5.2 и 5.3 соответственно.

Рисунок 5.1- Полная схема сети 6 кВ

Таблица 5.2- Результаты расчетов для левой части схемы

Обозначение линии*	Марка кабеля или провода	Длина линии, км	Удельный ёмкостный ток линии Iуд.i, А/км	Ёмкостный ток линии Iс, А
ГПП-РП	2х(М-3х300)	0,5	2х1,3	1,3
ГПП-ДСП	М-3х240	0,1	1,3	0,13
ГПП-ИП	М-3х240	0,1	1,3	0,13
ГПП-РКЗ	М-3х240	0,1	1,3	0,13
РП-СД	А-3х150	0,05	1,1	0,055
РП-Т3 (КЛ3)	А-3х150	0,5	1,1	0,55
РП-Т5 (ВЛ5)	АС-150	0,5	0,039	0,0195
РП-Т7 (КЛ7)	А-3х240	0,5	1,3	0,65
Т7-Т9 (КЛ9)	А-3х240	0,5	1,3	0,65
Ток однофазного замыкания на землю	3,6145

Таблица 5.3- Результаты расчетов для правой части схемы

Обозначение линии*	Марка кабеля или провода	Длина линии, км	Удельный ёмкостный ток линии Iуд.i, А/км	Ёмкостный ток линии Iс, А
ГПП-РП	2х(М-3х300)	0,5	2х1,3	1,3
ГПП- Электролиз	М-3х500	0,15	1,3	0,195
ГПП-Электропривод	М-3х240	0,1	1,3	0,13
ГПП-СРФ	А-3х150	0,03	1,1	0,033
РП-АД	А-3х150	0,05	1,1	0,055
РП-БК	А-3х150	0,03	1,1	0,033
РП-Т4 (КЛ4)	А-3х150	0,5	1,1	0,55
РП-Т6 (ВЛ6)	АС-150	0,5	0,039	0,0195
РП-Т8 (КЛ8)	А-3х240	0,5	1,3	0,65
Т7-Т10 (КЛ10)	А-3х240	0,5	1,3	0,65
Ток однофазного замыкания на землю	3,6155

Поскольку даже при соединенным секционном выключателе (ПС или РП) максимальный ток ОЗЗ не превышает 30 А, сеть 6 кВ будет иметь изолированную нейтраль [10,18.2]. Поэтому для защиты КЛ7 и КЛ8 от ОЗЗ будет применяться ненаправленная токовая защита нулевой последовательности.

а) Уставка по току срабатывания ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности должна быть отстроена от собственного емкостного тока Ic= 0,65 А защищаемой линии при дуговых перемежающихся ОЗЗ находится по формуле [10,18.5]:

Is ? Кн.с • Кбр • Iс (5.8)

где Is- уставка по току срабатывания ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности;

Кн.с=1,2- коэффициент надежности срабатывания;

Кбр- коэффициент, учитывающий броски тока при перемежающихся дуговых ОЗЗ. Для микропроцессорных защит Sepam Кбр=1.

По (5.8):

Is ? 1,2 • 1 • 0,65=0,78 А.

б) Эффективность функционирования токовой защиты НП оценивается коэффициентом чувствительности[10, 18,5]:

(5.9)

где - минимальное значение тока ОЗЗ электрической сети при разных режимах эксплуатации. За минимальное значение тока ОЗЗ примем ток ОЗЗ для левой части схемы: ;

- допустимое значение коэффициента чувствительности. Для микропроцессорных защит Sepam .

По (5.9):

Поскольку ненаправленная токовая защита НП обеспечивает необходимую чувствительность к минимальному току ОЗЗ, для защиты КЛ7 и КЛ8 применим защиту нулевой последовательности (код ANSI 51N).

5.1.3 Схема подключения блока Sepam S20 к измерительным трансформаторам представлена на рисунке 5.2 [12, с.73]

Рисунок 5.2- Схема релейной защиты линий КЛ7 и КЛ8

В качестве измерительных трансформаторов используются:

а) Трансформаторы тока ТПЛ-10М с номинальным током 300 А

б) Трансформатор тока нулевой последовательности CSH 120

5.2 Расчет релейной защиты, установленной на секционном выключателе РП

На секционном выключателе напряжением 6 кВ должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ (селективная токовая отсечка и мгновенная токовая отсечка).

5.2.1 Расчет селективной токовой отсечки

а) Уставка по току СТО рассчитывается из условий:

- По условию отстройки от пиковых токов защищаемого элемента уставка по току СТО рассчитывается аналогично подпункту 5.1.1.1 по формуле (5.1).

По (5.1) (с.67):

Выберем уставку по току срабатывания Is=Isd=710 А

-По условию согласования уставок по току вышестоящей и нижестоящей защит уставка по току СТО защиты, установленной на секционном выключателе РП, определяется по формуле [10, 17.3.2]:

Isd.вс ? Кн.с • Isd.нс, (5.10)

где Кн.с- коэффициент надежности согласования. Примем Кн.с=1,2;

Isd.вс- уставка по току срабатывания СТО вышестоящей защиты (защита, установленная на секционном выключателе РП);

Isd.нс- уставка по току срабатывания СТО нижестоящей защиты (защита, установленные на выключателях в начале линий КЛ7 и КЛ8);

По (5.10):

Isd.вс ? 1,2 • 630=756 А.

Уставка по току СТО принимается наибольшей из расcчитанных по формулам (5.1) и (5.10) [10, 17.3.2] и равна Isd=760 А.

б) Уставка по времени срабатывания, согласно разделу 1:

в) Коэффициент чувствительности СТО [10,17.3.3]:

-при выполнении ею основной функции (защита сборных шин):

(5.11)

где - значение тока двухфазного КЗ на сборных шинах РП при минимальном режиме работы системы.

По (5.11) (с.67):

-При выполнении ей функции дальнего резервирования (защита отходящей от РП линии):

(5.12)

где- ток двухфазного КЗ в конце кабельных линий КЛ7 и КЛ8 в минимальном режиме работы системы.

По (5.12) (с.67):

Для выполнения СТО выбрана обратно зависимая от тока ВТХ. Рассчитаем точки ВТХ с помощью методики, изложенной в [10,17.5.2].

1) Для начала выберем в качестве обратнозависимой ВТХ характеристику SIT. Найдем коэффициент усиления.

Для точки tsd=1,1 с; I=10•Is=7600 А аналогично подпункту 5.1.1.1 по формуле (5.3):

2) Для точки I=6•Is=6•760=4560 А найдем по формуле (5.4):

3) Результаты расчетов для остальных точек приведены в таблице 5.4

Таблица 5.4 - Результаты расчетов времени срабатывания СТО в зависимости от величины тока КЗ

К	б	IS=Isd, А	tsd, с		, с, при разных ,
					1,1	2	3	4	6	10
0,14	0,02	760	1,1	0,37	27,149 836	3,711 1520	2,332 2280	1,843 3040	1,42 4560	1,1 7600

5.2.2 Расчет мгновенной токовой отсечки

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Для МТО, установленной на секционном выключателе РП внешним КЗ является короткое замыкание после выключателей, установленных в начале КЛ7 и КЛ8 (точка Г). Поскольку значения токов трехфазного КЗ в максимальном режиме работы системы на сборных шинах ПС и в начале кабельных линий КЛ7 и КЛ8 совпадают, то невозможно отстроить уставку по току срабатывания мгновенной токовой отсечки защиты, установленной на секционном выключателе ПС от тока , т.к. по своему предназначению МТО данной защиты должна отключать ток КЗ этой величины. Поэтому мгновенная токовая отсечка на данной защите не будет установлена. Скорректированная в соответствие с этим принципиальная электрическая схема рассматриваемого участка СЭС представлена на рисунке 5.3.



Рисунок 5.3- Принципиальная электрическая схема рассматриваемого участка СЭС

5.2.3 Выбор измерительных трансформаторов и схемы релейной защиты

Схема подключения блока Sepam S20 к измерительным трансформаторам представлена на рисунке 5.4 [12, с.72]

Рисунок 5.4- Схема релейной защиты, установленной на секционном выключателе РП

В качестве измерительных трансформаторов используются трансформаторы тока ТОЛ-10 с номинальным током 400 А

5.3 Расчет релейной защиты, установленной в начале КЛ1 и КЛ2

5.3.1 Защита от междуфазный КЗ

Как было сказано в разделе 1, защита от междуфазных в начале линии, питающей выполняется в виде двухступенчатой максимальной токовой защиты (МТЗ), состоящей из селективной защиты с зависимой от тока выдержкой времени и мгновенной токовой отсечки (МТО). Рассчитаем параметры этой защиты.

5.3.1.1 Расчет селективной токовой отсечки

а) Уставка по току СТО рассчитывается аналогично пункту 5.1:

По формуле (5.1) (с.67):



Выберем уставку по току срабатывания Is=Isd=1010 А

-По условию согласования уставок по току вышестоящей и нижестоящей защит уставка по току СТО защиты, установленной в начале кабельных линий КЛ1 и КЛ2 , определяется по формуле [10, 17.3.2]:

Isd.вс ? Кн.с • Isd.нс, (5.13)

где Кн.с- коэффициент надежности согласования. Примем Кн.с=1,2;

Isd.вс- уставка по току срабатывания СТО вышестоящей защиты (защита, установленные на выключателях в начале линий КЛ1 и КЛ2);

Isd.нс- уставка по току срабатывания СТО нижестоящей защиты (защита, установленные на секционном выключателе РП);

Isd.вс ? 1,2 • 760=912 А.

Уставка по току СТО принимается наибольшей из расcчитанных по формулам (5.1) и (5.13) [10, 17.3.2] и равна Isd=1010 А.

б) Уставка по времени срабатывания, согласно разделу 1:

в) Коэффициент чувствительности СТО [10,17.3.2]:

-при выполнении ею основной функции:

(5.14)

где - значение тока двухфазного КЗ в конце защищаемого участка при минимальном режиме работы системы.

По (5.14):

-При выполнении ей функции дальнего резервирования:

 (5.15)

где- ток двухфазного КЗ в конце самой длинной кабельной линии, отходящей от РП, в минимальном режиме работы системы.

По (5.15):

Для выполнения СТО выбрана обратно зависимая от тока ВТХ. Рассчитаем точки ВТХ с помощью методики, изложенной в [10,17.5.2].

4) Для начала выберем в качестве обратнозависимой ВТХ характеристику SIT. Найдем коэффициент усиления по формуле (5.3):

Для точки tsd=1,7 с; I=10•Is=10100 А по формуле (5.3):

5) Для точки I=6•Is=6•1010=6060 А найдем по формуле (5.4):

По (5.4):

6) Результаты расчетов для остальных точек приведены в таблице 5.5

Таблица 5.5-результаты расчетов времени срабатывания СТО в зависимости от величины тока КЗ

К	б	IS=Isd, А	tsd, с		, с, при разных ,
					1,1	2	3	4	6	10
0,14	0,02	1010	1,7	0,572	41,97 1111	5,737 2020	3,605 3030	2,848 4040	2,195 6060	1,699 10100

5.3.1.2 Расчет мгновенной токовой отсечки

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Для МТО, установленной на выключателях в начале линий КЛ1 и КЛ2 внешним КЗ является короткое замыкание после выключателей, установленных в конце КЛ1 и КЛ2 (точка Г).

а) Ток срабатывания МТО находится по формуле [10, 17.3.1]:

(5.16)

где - коэффициент надежности несрабатывания отсечки. Для микропроцессорных реле он равен 1,15;

- ток внешнего трехфазного КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы;

По (5.16):

Выберем уставку по току срабатывания Ii=13,1 кА.

б) Мгновенная токовая отсечка должна чувствовать ток двухфазного КЗ в месте установки защиты (). Коэффициент чувствительности отсечки [9, п.3.2.21,пп.8]:

(5.17)

По (5.17):

Поскольку МТО не может отключить ток КЗ в зоне защиты в минимальном режиме работы энергосистемы при условии отстройки от максимального тока внешнего КЗ, то применение МТО на защитах, установленной в начале КЛ1 и КЛ2, нецелесообразно.

5.3.2 Защита от однофазных замыканий на землю

Для расчета уставок защиты от однофазных замыканий на землю необходимо определить ток однофазного замыкания на землю (ОЗЗ), создаваемый емкостными проводимостями всех линий, электрически связанных с местом повреждения. Ток ОЗЗ был определен в пункте 5.1.2.

Для защиты КЛ1 и КЛ2 от ОЗЗ будет применяться ненаправленная токовая защита нулевой последовательности.

а) Уставка по току срабатывания ненаправленной токовой защиты нулевой последовательности должна быть отстроена от собственного емкостного тока Ic= 1,3 А защищаемой линии при дуговых перемежающихся ОЗЗ находится по формуле (5.8):

По (5.8):

Is ? 1,2 • 1 • 1,3=1,56 А.

б) Эффективность функционирования токовой защиты НП оценивается коэффициентом чувствительности (5.9):

По (5.9):

Поскольку ненаправленная токовая защита НП не обеспечивает необходимой чувствительности к минимальному току ОЗЗ, для защиты КЛ1 и КЛ2 применим направленную защиту нулевой последовательности (код ANSI 67N). Для этого вместо устройство защиты S20 будем использовать устройства защиты S42. В соответствие с этим скорректированная принципиальная электрическая схема электроснабжения рассматриваемого участка представлена на рисунке 5.5



Рисунок 5.5- Принципиальная электрическая схема рассматриваемого участка СЭС

5.3.3 Выбор измерительных трансформаторов и схемы релейной защиты

Схема подключения блока Sepam S42 к измерительным трансформаторам представлена на рисунке 5.6 [12, с.73]



Рисунок 5.6- Схема релейной защиты линий КЛ1 и КЛ2

В качестве измерительных трансформаторов используются:

а) Трансформаторы тока ТПЛ-10М с номинальным током 600 А

б) Трансформаторы напряжения НАМИ-10(6)

в) Трансформатор тока нулевой последовательности CSH 120

5.4 Расчет релейной защиты, установленной на секционном выключателе ПС

На шиносоединительном (секционном) выключателе напряжением 6 кВ должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ (селективная токовая отсечка и мгновенная токовая отсечка).

5.4.1 Расчет селективной токовой отсечки

а) Уставка по току СТО рассчитывается из условий:

- По условию отстройки от пиковых токов защищаемого элемента уставка по току СТО рассчитывается аналогично подпункту 5.1.1.1 по формуле (5.1).

По (5.1) (с.67):

Выберем уставку по току срабатывания Is=Isd=1570 А

-По условию согласования уставок по току вышестоящей и нижестоящей защит уставка по току СТО защиты, установленной на секционном выключателе ТП, определяется по формуле [10, 17.3.2]:

Isd.вс ? Кн.с • Isd.нс, (5.18)

где Кн.с- коэффициент надежности согласования. Примем Кн.с=1,2;

Isd.вс- уставка по току срабатывания СТО вышестоящей защиты (защита, установленная на секционном выключателе ПС);

Isd.нс- уставка по току срабатывания СТО нижестоящей защиты (защита, установленные на выключателях в начале линий КЛ1 и КЛ2);

По (5.18):

Isd.вс ? 1,2 • 1010=1212.

Уставка по току СТО принимается наибольшей из расcчитанных по формулам (5.1) и (5.18) [10, 17.3.2] и равна Isd=1570.

б) Уставка по времени срабатывания, согласно разделу 1:

в) Коэффициент чувствительности СТО [10,17.3.3]:

-при выполнении ею основной функции (защита сборных шин):

(5.19)

где - значение тока двухфазного КЗ на сборных шинах ПС при минимальном режиме работы системы.

По (5.19):

-При выполнении ей функции дальнего резервирования (защита отходящей от ПС линии):

(5.20)

где- ток двухфазного КЗ в конце кабельных линий КЛ1 и КЛ2 в минимальном режиме работы системы.

По (5.20):

Для выполнения СТО выбрана обратно зависимая от тока ВТХ. Рассчитаем точки ВТХ с помощью методики, изложенной в [10,17.5.2].

4) Для начала выберем в качестве обратнозависимой ВТХ характеристику SIT. Найдем коэффициент усиления.

Для точки tsd=2 с; I=10•Is=15700 А аналогично подпункту 5.1.1.1 по формуле (5.3):

5) Для точки I=6•Is=6•1570=9420 А найдем по формуле (5.4):

6) Результаты расчетов для остальных точек приведены в таблице 5.6

Таблица 5.6 - Результаты расчетов времени срабатывания СТО в зависимости от величины тока КЗ

К	б	IS=Isd, А	tsd, с		, с, при разных ,
					1,1	2	3	4	6	10
0,14	0,02	1570	2	0,673	49,381 1727	6,75 3140	4,241 4710	3,351 6280	2,582 9420	2 15700

5.4.2 Расчет мгновенной токовой отсечки

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Для МТО, установленной на секционном выключателе РП внешним КЗ является короткое замыкание после выключателей, установленных в начале КЛ1 и КЛ2 (точка В). Поскольку значения токов трехфазного КЗ в максимальном режиме работы системы на сборных шинах ПС и в начале кабельных линий КЛ1 и КЛ2 совпадают, то невозможно отстроить уставку по току срабатывания мгновенной токовой отсечки защиты, установленной на секционном выключателе ПС от тока , т.к. по своему предназначению МТО данной защиты должна отключать ток КЗ этой величины. Поэтому мгновенная токовая отсечка на данной защите не будет установлена. Скорректированная в соответствие с этим принципиальная электрическая схема рассматриваемого участка СЭС представлена на рисунке 5.7.



Рисунок 5.7- Принципиальная электрическая схема рассматриваемого участка СЭС

5.4.3 Выбор измерительных трансформаторов и схемы релейной защиты

Схема подключения блока Sepam S20 к измерительным трансформаторам представлена на рисунке 5.8 [12, с.72]



Рисунок 5.8- Схема релейной защиты, установленной на секционном выключателе ПС

В качестве измерительных трансформаторов используются трансформаторы тока ТОЛ-10 с номинальным током 1200 А

5.5 Расчет релейной защиты электролизной установки

Защита строится на блоке Sepam Т20

5.5.1 Расчет защиты электролизной установки от перегрузки

а) Ток срабатывания защиты от перегруза определяется из условия отстройки от номинального тока преобразователя

, (5.21)

где Кн.о - коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) защиты. Примем Кн.о=1,1;

Кв - коэффициент возврата защиты, для блоков sepam Кв=0,95;

- приведенный к первичному напряжению трансформатора номинальный выпрямленный ток преобразователя.

(5.22)

где - коэффициент, зависящий от схемы питания выпрямителей;

- номинальный выпрямленный ток преобразователя;

U1 и U2 - соответственно высшее и низшее напряжения трансформатора.

По (5.22):

По (5.21):

б) Уставку по времени срабатывания примем tr=9 c;

Поскольку защита от перегрузки выполняется с обратнозависимой от тока выдержкой времени, расчитаем точки ВТХ с помощью методики, изложенной в [10,17.5.2].

1) Для начала выберем в качестве обратнозависимой ВТХ характеристику SIT. Найдем коэффициент усиления.

Для точки tr=9 с; I=10•Ir= 4450А аналогично подпункту 5.1.1.1 по формуле (5.4):



2) Для точки I=6•Ir=6•445=2670 А найдем по формуле (5.5):

3) Результаты расчетов для остальных точек приведены в таблице 5.9

Таблица 5.6- Результаты расчетов времени срабатывания защиты от перегрузки в зависимости от величины тока

К	б	Ir, А	tr, с		, с, при разных ,
					1,1	2	3	4	6	10
0,14	0,02	445	9	3,03	222,302 489.5	30,385 890	19,093 1335	15,087 1780	11,626 2670	9 4450

5.5.2 Мгновенная токовая отсечка

Рисунок 5.9 - Защита полупроводникового преобразовательного агрегата

а) Уставка по току срабатывания защиты выбирается по условию

Iс.мгн = Котс • I'п.н. (5.20)

Коэффициент Котс принимается с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора и от возможных толчков тока нагрузки. При использовании блока sepam Котс = 2-2.5 примем 2.5.

б) Чувствительность защиты определяется по токам двухфазного КЗ I(2)к.мин на выводах высокого и низкого напряжений при минимальном режиме работы сети:

, .

Из пункта 2.3

5.5.3 Газовая защита (ANSI 63)

Устанавливается от внутренних повреждений и понижения уровня масла.

Для исполнения газовой защиты выбираем двухпоплавковое газовое реле BF 80/10 [13, 4.5]:

а) В случае накопления газа опускается верхний поплавок и срабатывает сигнализация;

б) В случае потери масла сначала опускается нижний поплавок и срабатывает сигнализация. При дальнейшей потере масла нижний поплавок опускается дальше и срабатывает переключающий контакт, после чего трансформатор отключается;

в) В случае интенсивного течения масла из трансформатора в расширитель срабатывает клапанный затвор, задействуется переключающий контакт и происходит отключение трансформатора.

Согласно [13, 5] срабатывание системы коммутации происходит при скоплении газа 200-300 см3 и при течении масла со скоростью 1 м/с.

5.5.4 Тепловая защита (49RMS)

В устройствах Sepam возможна реализация защиты масляных трансформаторов от тепловой перегрузки без применения датчиков температуры (ANSI 49RMS) [10, 16.2]. Уставка аварийной сигнализации-100% нагрева, уставка отключения-120% нагрева; постоянная времени 20 минут. [11,19.9]

5.5.5 Защита от однофазных замыканий на землю в питающей сети и в обмотке ВН питающего трансформатора выполняется также, как и для линии напряжением 10кВ с односторонним питанием

Первичный ток срабатывания защиты выбирается из условия отстройки от собственного тока Iс защищаемой линии при дуговых перемежающихся ОЗЗ

Iсз ? Кн.с • Кбр • Iс, (5.21)

где Кн.с = 1,2-1,3 - коэффициент надежности срабатывания;

Кбр =2-2,5 - коэффициент, учитывающий броски тока при перемежающихся дуговых замыканиях.

Эффективность функционирования токовой НП защиты оценивается коэффициентом чувствительности

где Iозз -значение тока ОЗЗ электрической сети при различных режимах эксплуатации Iозз=3,4155 А (расчет произведен в пункте 5.1.2); Кч.мин.доп - минимальное допустимое значение коэффициента чувствительности: для кабельных сетей принимается равным 1,25.

Защита должна работать с минимальной выдержкой времени 50 мс.

5.5.6 Защита полупроводниковых вентилей преобразовательного агрегата предохранителями

Каждый полупроводниковый вентиль в преобразовательном агрегате, должен быть защищен при помощи быстродействующего предохранителя. Так как, нет данных об используемых полупроводниковых вентилях, и о количестве вентилей установленных в одном блоке (параллельно), то нет возможности произвести полноценный расчет предохранителей. Примем к установке быстродействующие предохранители ПП 57. Их уставку следует принимать так, чтобы при выходе из строя одного или двух вентилей из блока, увеличившийся ток, через оставшиеся вентили, установленные параллельно вышедшим из строя, не привел к срабатыванию предохранителей, защищающих оставшиеся в работе вентили.

5.5.7 Защита преобразовательного агрегата короткозамыкателем QN

При срабатывании короткозамыкатель закорачивает выводы низшего напряжения трансформатора, резко ограничивая ток в вентилях преобразователя. Возникший режим искусственного короткого замыкания устраняется токовой защитой . Применяемый короткозамыкатель имеет время срабатывания tс.к = 0,003 с и допускает прохождение тока до Iк = 70 кА в течение времени ликвидации искусственного КЗ. Защита с применением короткозамыкателей применяется для мощных преобразовательных агрегатов, заданный преобразовательный агрегат, можно считать мощным.

5.5.7 Выбор измерительных датчиков и схемы релейной защиты

Схема подключения блока Sepam Т20 к измерительным трансформаторам представлена на рисунке 5.10 [10, с.141]

Рисунок 5.10- Схема релейной защиты электролизной установки

В качестве измерительных трансформаторов используются:

а) Трансформаторы тока ТПОЛ-10 с номинальным током I1.ТТ.Н=1000 А

в) Трансформатор тока нулевой последовательности CSH 120

5.7 ВТХ рассчитанных выше защит приведены на рисунке 5.11

Рисунок 5.11- Карта селективности защит рассматриваемого участка СЭС

6. РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА

В соответствие с исходными данными (таблица 3) требуется рассчитать трансформатор тока, установленный в начале кабельной линии, соединяющей батарею конденсаторов с секцией шин РП.

1) Согласно пункту 2.3 максимальный рабочий ток, протекающий по данной кабельной линией с учетом возможной перегрузки по току электролизной установки, равен 937,5 А. В соответствие с этим выбираем трансформатор тока ТПОЛ-10 с номинальным током I1.ТТ.Н=1000 А.

2) Расчетный первичный ток, в соответствие с [2, 6.4] находится по формуле:

I1.РАСЧ = 1,1 • IСОГЛ, (6.1)

где IСОГЛ, согласно [14, 5.3] равен максимальному току КЗ в месте установки трансформатора тока .

Коэффициент 1,1 учитывает увеличение кратности первичного тока по сравнению с кратностью вторичного тока из-за 10 %-ной погрешности ТТ.

По (6.1):

I1.РАСЧ = 1,1 • 12020=13222 А.

3) Предельная кратность тока К10 находится по формуле:

К10 = I1.РАСЧ / I1.ТТ.Н (6.2)

По (6.2):

К10 = 13222/ 1000=13,222

4) Кривые предельных кратностей тока для трансформатора тока ТПОЛ-10 приведены на рисунке 6.1 [2, рис.П2.1]



Рисунок 6.1- Кривые предельных кратностей трансформаторов тока типа ТПОЛ-10: 1 - класса Р для nТ = 600/5, 1000/5 и класса 0,5 для nТ = 1500/5; 2 - класса 0,5 для nТ = 600/5; 3 - класса Р для nТ = 800/5 и 1500/5; 4 - класса 0,5 для nТ = 800/5; 5 - класса 0,5 для nТ = 1000/5 [26]

Для рассчитанного К10 ?15 при двух ТТ с коэффициентом трансформации nТ = 1000/5 для класса Р допустимое сопротивление нагрузки трансформатора тока ZДОП?0,6 Ом.

5) Для схемы соединения трансформаторов тока «полная звезда» согласно [2, табл. П2.1] расчетная вторичная нагрузка трансформаторов тока на фазу равна:

ZН.РАСЧ = RПР + ZР.Ф + RПЕР (6.3)

где RПР- сопротивление соединительных проводов;

ZР.Ф- сопротивление, подключенное к вторичной цепи трансформатора тока. Согласно [12, c.166] входное сопротивление входов реле тока РТ-80 составляет =0,001 Ом;

RПЕР- переходное сопротивление контактов; RПЕР=0,1 Ом.

Исходя из допустимого сопротивления вторичной цепи ТТ найдем сопротивления проводов:

RПР =ZДОП- ZР.Ф - RПЕР (6.4)

По (6.4):

RПР =0,6- 0,001 - 0,1=0,499 Ом.

Найдем допустимое сечение соединительных проводов по формуле:

S?L/RПР•г, (6.5)

где L- длина соединительных проводов. Для ячеек КРУ L=4 м;

г- удельная проводимость. Для меди г=57 м/(Ом•мм2).

По (6.5):

S?4/(0,499•57)=0,14 мм2.

Согласно п. 3.4.4 ПУЭ для токовых цепей минимальное сечение жилы из меди должно быть не менее 2,5 мм2, из алюминия - 4 мм2. Выбираем S=2,5 мм2.

Принимаем контрольный кабель марки КВВГ с сечением жил 2,5 мм2.

7. ВЫБОР ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

При выборе источника оперативного тока для питания цепей релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации в распределительных сетях принимается во внимание большое число факторов. Наиболее надежным источником оперативного тока является аккумуляторная батарея напряжением 110 или 220 В при условии, что она установлена в специальном отапливаемом и вентилируемом помещении, имеет устройства для подзаряда и заряда, эффективную защиту от КЗ и замыканий на землю в сети оперативного тока, а также квалифицированное обслуживание. Все это в целом требует значительных капитальных вложений и трудозатрат и может быть признано экономически оправданным только для распределительных подстанций с высшим напряжением 110-220 кВ. На упрощенных подстанциях используется вариант использования переменного или выпрямленного оперативного тока, источником которого являются измерительные трансформаторы тока и напряжения и трансформаторы собственных нужд. Этот вариант наиболее экономичен, так как капитальные вложения и трудозатраты на эксплуатацию минимальны. По надежности переменный или выпрямленный оперативный ток не уступает постоянному, если используются простые токовые и дифференциальные защиты трансформаторов и отходящих линий 6 и 10 кВ. [2, 5.1]

Учитывая изложенное, принимаем в качестве оперативного выпрямленный ток.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта была рассчитана релейная зашита заданной СЭС. Предварительно были выбраны устройства защиты Sepam, реализующие необходимый набор защит для каждого участка СЭС. Были рассчитаны токи короткого замыкания в максимальном и минимальном режимах работы СЭС. Были рассмотрены варианты исполнения защиты сети 0,38 кВ с помощью плавких предохранителей и автоматических выключателей. Построена карта селективности для сети 0,4 кВ и были сделаны соответствующие выводы в отношении параметров плавких предохранителей и автоматических выключателей, при которых обеспечивается селективность срабатывания на каждой ступени сети 0,4 кВ. Была составлена диаграмма селективности, рассчитаны максимальные рабочие и пиковые токи, с использованием которых вместе со значениями токов КЗ были рассчитаны уставки устройств защиты Sepam на каждом участке рассматриваемого фрагмента СЭС. По значениям максимальных рабочих и пиковых токов, а также по значениям номинального напряжения в соответствующих точках СЭС, были выбраны измерительные датчики тока и напряжения. После расчета уставок защит и время-токовых характеристик была построена карта селективности для рассматриваемого фрагмента СЭС, из которой был сделал вывод об не обеспечении селективности срабатывания защит прилегающих друг другу участков СЭС, в частности не обеспечивается селективное срабатывание защит предохранителя F3 и Q13, Q14, в связи с этим, необходима замена предохранителя F3 на автоматический выключатель, кроме того возможно произвести перерасчет защит Q13, Q14, с цель изменения обратнозависимой ВТХ на более крутую. Был проведен расчет трансформатора тока в заданной точке рассматриваемого фрагмента СЭС. В качестве оперативного тока был принят выпрямленный оперативный ток.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования, 4-е издание/ Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков.-Москва, Энергоатомиздат, 1989

2 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 1: Токи короткого замыкания: учебное пособие / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 157 с.

3 Справочник по электрическим установкам высокого напряжения / Под ред. И.А. Баумштейна, С.А. Бажанова. - 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1989. - 768 с.

4 Расчет трансформаторов: учебное пособие по курсу «Электрические машины» для студентов-заочников/ Н.Д.Монюшко, Э.А.Сигалов, А.С.Важенин- Челябинск, 1986.

5 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 2: Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ : учебное пособие / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 157 с.

6 Автоматические выключатели и выключатели нагрузки Compact NS 80-1600 A: Каталог. - Shneider Electric, 2006. - 292 с.

7 Автоматические выключатели и выключатели нагрузки на большие токи Masterpact NT и NW: Каталог. - Shneider Electric, 2007. - 198 с.

8 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Учебное пособие к изучению курса / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 74 с.

9 ПУЭ- 6 издание

10 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 3: Защита электрических сетей напряжением 6-10 кВ: учебное пособие / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 186 с.

11 Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 4: Защита силовых трансформаторов напряжением 35-110-220/6-10 кВ, конденсаторных батарей, электродвигателей и электротехнологических установок: учебное пособие / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011. - 85 с.

12 Каталог Sepam 20,40, 80-2005

13 Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов/ В.А. Андреев.-5-е издание.,стер.-М.:Высш.шк.,2007.-639 с.:ил.

Размещено на Allbest.ru