Релейная защита

1. Выбор и обоснование видов релейных защит вл – 220 кВ от междуфазных кз и коротких замыканий на землю

В соответствии с требованиями ПУЭ (П 32.1) для параллельных линий с односторонним питанием должны быть предусмотренные защиты от многофазных и однофазных КЗ.

Защиты должны быть оборудованы устройствами, блокирующими их действие при качаниях, если в сети возможны качания или асинхронный ход, при которых вероятны изменения срабатывания защиты. Допускается выполнение защиты без блокирующих устройств, если она отстроена от качаний по времени (около 1,5 – 2 с). На параллельных линиях с односторонним питанием устанавливается ступенчатые токовые защиты или защиты тока и напряжения. Для защиты от многофазных коротких замыканий предусмотрена трехступенчатая дистанционная защита в качестве основной защиты линий и токовая отсечка – в качестве резервной защиты линий. Для защиты от замыканий на землю должна быть предусмотрена трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности. Защита должна быть установлена, как правило, только с тех сторон, откуда может быть подано питание. Перечисленные защиты входят в шкаф релейной защиты типа ШДЭ – 2802. Шкаф содержит основной комплект защит, в состав которого входят:

• трехступенчатая дистанционная защита (ДЗ), предназначенная для действия при всех видах многофазных КЗ;

• токовая защита (ТЗ), содержащая четырехступенчатую токовую защиту нулевой последовательности от КЗ на землю (ТЗНПо);

• токовая отсечка (МТо) от многофазных КЗ;

• реле тока (РТ) для устройства резервирования при отказе выключателей (УРОВ);

• блок питания мощностью 50 Вт.

В состав резервного комплекта входят:

• двухступенчатая дистанционная защита (ДЗр) от многофазных КЗ;

• двухступенчатая токовая защита нулевой последовательности (ТЗНПр);

• блок питания мощностью 15 Вт

2. Расчет токов короткого замыкания в объеме, необходимом для расчета уставок релейной защиты от междуфазных коротких замыканий

Рис. 1. Расчетная схема электрической установки

По расчетной схеме составляют электрическую схему замещения. Расчет сопротивлений схемы замещения произведен в пункте 1.3 первого раздела.

Рис. 2. Электрическая схема замещения прямой последовательности

Таблица 1.

Расчет сопротивлений схемы замещения

Элемент схемы	Расчетные формулы	Числовые значения
Энергосистема
Линии электропередач
Автотрансформаторы связи
Блочные трансформаторы
Генераторы

Схему замещения сворачивают к точке КЗ, учитывая только те сопротивления, через которые будет проходить ток КЗ.

Рис. 3. Результирующая схема замещения

Расчет уставок срабатывания дистанционной защиты производят в следующем порядке.

Рассматривают режим одностороннего отключения линии W₄.

Рис. 4. Пояснительная схема замещения

Обоснование режимов и точек короткого замыкания.

К – 1,2 – режим максимальный, ток необходим для проверки чувствительности мгновенной токовой отсечки (ТО);

К – 3,4 – токи в конус зон действия ступеней дистанционной защиты (ДЗ).

Режим максимальный и минимальный

Токи необходимы для проверки точности работы дистанционных органов ступеней.

Сопротивления лини W₃, W₄ определяют по условию:

Схему замещения преобразовывают к сборным шинам U_ср = 230 кВ (максимальный режим)

В минимальном режиме отключена одна линия связи с энергосистемой и один автотрансформатор.

Х_2min = Х₁ + Х₂ + Х₁₀ = 5,42 + 37,6 + 12,9 = 55,92 Ом

Рис. 5. Расчетная схема замещения

Сопротивление срабатывания первой ступени защиты линии W4 определяют по условию:

Z_с.з.W4(1) = К_отс * Х₁₆ = 0,8 * 32 = 25,6 Ом

Где: К_отс – коэффициент отстройки.

Сопротивление срабатывания реле первой ступени защиты линии W4 определяют по условию:

Z_с.р.W4(1) = Z_с.з.W(1),

Где: К_І = 1000/5 – коэффициент трансформации трансформатора тока;

К_U = 220000/100 – коэффициент трансформации трансформатора напряжения

Трансформатора тока в цепи защищаемой линии, выбираемый исходя из максимальной нагрузки линии

Выдержка времени срабатывания первой ступени защиты линии W4 принимается

t_сз.W4(1) = 0

Сопротивление срабатывания первой ступени защиты линии W5 определяют по условию:

Z_с.з.W5(1) = К_отс * Х₁₇ = 0,8 * 32 = 25,6 Ом

Выдержка времени срабатывания первой ступени линии W5 принимается

t_сз.W(1) = 0

Сопротивление срабатывания второй ступени защиты линии W4 определяется как большее из двух значений.

Где: К_р.т – коэффициент распределения тока

Коэффициент чувствительности второй ступени защиты определяют, приняв большее значение Z_с.з.W4(2), по условию:

Это больше минимального требования ПУЭ (К_ч  1,25)

Сопротивление срабатывания реле второй ступени защиты определяют по условию:

Z_с.р.W4(2) = Z_с.з.W(2),

Выдержку времени второй ступени защиты определяют по условию:

t_сз.W4(2) = t_сз.W4(1) + Δ t = 0 +0,5 = 0,5 с

Сопротивление срабатывания третьей ступени защиты определяют по условию:

Где: К_зап – коэффициент запаса;

Сопротивление срабатывания реле третьей ступени защиты определяют по условию:

Z_с.р.W4(3) = Z_с.з.W(3),

Выдержку времени срабатывания третьей ступени защиты определяют по условию:

t_сз.W4(3) = t_сз.W4(2) + Δ t = 0 +0,5 = 0,5 с

Рис 6. Пояснительная схема замещения

Расчет токов КЗ для проверки вхождения их в диапазон уставок дистанционной защиты производят в следующем порядке.

Х₂₈ = Z_с.з.W4(1) = 25,6 Ом

Х₂₉ = Х₁₆ - Z_с.з.W4(1) = 32 – 25,6 = 6,4 Ом

Х₃₀ = Z_с.з.W4(2) – Х₁₆ = 80,67 – 32 = 48,67 Ом

Результирующее сопротивление схемы в минимальном режиме при коротком замыкании в конце зоны защиты первой ступени определяют по условию:

Z_{рез.min(К-3)} = Х_24min + Х₂₈ = 55,92 + 25,6 = 81,52 Ом

Минимальный первичный ток двухфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты первой ступени определяют по условию:

Минимальный вторичный ток двухфазного КЗ в конце зоны защиты первой ступени определяют по условию:

Результирующее сопротивление схемы в максимальном режиме при КЗ в конце зоны защиты первой ступени определяется по условию:

Z_{рез.max(К-3)} = Х_{24 max} + Х₂₈ = 30,67 + 32 = 62,67 Ом

Максимальный первичный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты первой ступени определяют по условию:

Результатирующее сопротивление схемы в минимальном режиме при КЗ в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Z_{рез.min(К-4)} = Х_24min + Х₂₈ + Х₂₉ + Х₃₀= 55,92 + 32 + 6,4 + 48,67 = 143 Ом

Минимальный первичный ток двухфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Минимальный вторичный ток двухфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Результирующее сопротивление схемы в максимальном режиме при КЗ в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Z_{рез.max(К-4)} = Х_{24 max} + Х₂₈ + Х₂₉ + Х₃₀ = 30,67 +32 + 6,4 + 48,67 = 117,7 Ом

Максимальный первичный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Максимальный вторичный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании в конце зоны защиты второй ступени определяют по условию:

Рис. 7. График срабатывания ступеней дистанционной защиты