Учебное пособие 1907

3.2.5. Курсовая работа включает пять разделов содержание которых рассмотрено ниже.

3.3.Максимальные токовые защиты линий электропередачи

3.3.1.Порядок выбора и взаимного согласования уставок

срабатывания по времени для МТЗ

МТЗ является самой распространённой защитой для радиальных сетей с односторонним питанием напряжением 10 кВ. Данный факт объясняется простотой как элементной базы, так и простотой схемных решений, принятых при реализации данной защиты. МТЗ с точки зрения времени срабатывания классифицируются на МТЗ с зависимой и независимой характеристиками срабатывания, которые имеют различную элементную базу. Выше отмеченные МТЗ различного исполнения, определяют различные подходы при выборе уставок срабатывания по времени. Данные подходы были подробно рассмотрены в ходе выполнения практических задач (практическое занятие № 2, задачи № 1-2). Важно произвести не только правильный расчет величин уставок по времени срабатывания для различных МТЗ, но и осуществить взаимное согласование их выдержек по времени. Требование взаимного согласования вызвано требованием взаимного резервирования комплектов МТЗ, что диктует необходимость установки комплектов МТЗ практически у всех питающих шин подстанций радиальных электрических сетей. Для проработки выше отмеченных вопросов, предлагается к рассмотрению следующая задача:

Задача № 1. На рис. 3.3.1 приведена схема питания радиальных сетей 35 и 10 кВ от понижающей подстанции. Защита ЛЭП 35 кВ выполнена МТЗ с независимой характеристикой, ЛЭП 10 кВ с МТЗ с зависимой характеристикой, для нечетных вариантов; а для четных вариантов ЛЭП 35 кВ выполнена МТЗ с зависимой характеристикой, а ЛЭП 10 кВ МТЗ с независимой характеристикой. Погрешности реле времени в сторону увеличения и уменьшения времени срабатывания для МТЗ с независимой характеристикой принять: tП.В., погрешности реле тока в сторону увеличения и уменьшения времени срабатывания МТЗ с зависимой характеристикой принять: tП.Т.

Время инерционной ошибки МТЗ с зависимой характеристикой tи.о. = 0,15 с., запас по времени tзап и время отключения выключателей tв, для всех комплектов защит (рис. 3.3.1) принять одинаковыми. Рассчитать выдержки времени комплектов защиты: I-VII. При расчете принять, что VII комплект защиты выполнен, при помощи МТЗ с независимой характеристикой срабатывания для всех номеров вариантов. Данные для решения рассмотренной задачи приведены табл. 3.1.

Таблица 3.1

- 61 -

Рис. 3.3.1. Радиальная сеть 35,10 кВ с рассредоточенными комплектами МТЗ

3.3.2. Порядок выбора и оценки уставок срабатывания по току для комплектов МТЗ

При выборе тока срабатывания МТЗ необходимо выполнение двух требований: надежная работа защит при повреждениях, не действие защиты при максимальных токах нагрузки и ее кратковременных толчках. Таким образом, задача, связанная с удовлетворением второго требования, состоит в надежной отстройке защиты от токов нагрузки, что реализуется соблюдением необходимых условий при выборе тока срабатывания МТЗ. Задача, связанная с удовлетворением первого требования, состоит в соблюдении необходимых показателей по чувствительности защиты в основной и резервных зонах, что имеет количественную оценку в виде коэффициента чувствительности.

Следует помнить, что обмотки токовых реле подключаются к защищаемой сети через измерительные трансформаторы тока по различным схемам, пояснения по различным схемам соединения трансформаторов тока и обмоток реле рассмотрены в практическом занятии № 1, задача № 2.

Существующие подходы по расчёту тока срабатывания защиты, току срабатывания реле, расчёту коэффициента чувствительности в основной и резервных зонах были подробно рассмотрены в ходе решения практического занятия № 2, задача № 3. К решению предлагается аналогичная задача следующего содержания:

Задача № 2. Рассчитать токи срабатывания защиты, токи срабатывания реле, МТЗ, установленных у шин подстанции 1 и 2. Определить коэффициенты чувствительности в основной зоне и в зоне резервирования, сделать вывод о пригодности защит. У шин подстанции 1 и 2 МТЗ выполнены по схеме рис. 3.3.2а для нечетных номеров вариантов. Для четных номеров вариантов МТЗ у шин 1 и 2 выполнены по схеме рис. 3.3.2б. Для всех вариантов принять, что комплекты МТЗ с независимой характеристикой времени срабатывания

- 62 -

подключены по схеме неполной звезды, а комплекты МТЗ с зависимой характеристикой времени срабатывания подключены по однорелейной двух трансформаторной схеме. Данные для решения рассмотренной задачи приведены табл. 3.2.

Таблица 3.2

Рис. 3.3.2. Защита радиальной сети от токов КЗ при помощи МТЗ зависимой

инезависимой характеристиками срабатывания

3.4.Токовая отсечка мгновенного действия на линии

сдвухсторонним питанием

Токовые отсечки являются разновидностью токовых защит, важным преимуществом которых в сравнении с МТЗ является, возможность «мгновенного» отключения К.З. Токовые отсечки подразделяются на отсечки мгновенного действия и отсечки с выдержкой времени. Селективное действие токовых отсечек на линиях с односторонним питанием достигается, путем отстройки тока срабатывания отсечки от тока «внешнего» К.З. Для ЛЭП с двухсторонним питанием возможны уравнительные токи, обусловленные «качанием» энергосистем, друг относительно друга. Для селективного действия токовых отсечек в таких сетях требуется отстройка от уравнительных токов, наряду с соблюдением отстройки от токов внешнего К.З.

Материал по выбору токов срабатывания для токовых отсечек на ЛЭП с двухсторонним питанием, а также оценка их зон действия, были проработаны на практическом занятии № 3, задача № 1 и в соответствующем разделе лекционного курса. К рассмотрению предлагается следующий материал по данной тематике:

Задача № 3. На рис. 3.3.2 приведены кривые изменения максимального тока короткого замыкания вдоль линии с двухсторонним питанием. Выбрать токи срабатывания токовых отсечек, установленных на обеих сторонах линии,

- 63 -

и определить зоны их действия графоаналитическим методом, а также зону их совместного действия. Сопротивления систем I и II линии соответственно рав-

ны: ХCImax; XCIImax; Хл. Фазное напряжение Uср.ф. = 63,5 кВ. Коэффициент запаса Кзап = 1,2. Для нечетных вариантов принять рис. 3.3.3а, для четных - рис. 3.3.3б.

Данные для решения рассмотренной задачи приведены табл. 3.3.

Рис. 3.3.3. Законы изменения токов КЗ вдоль линии с двухсторонним питанием

3.5.Токовая защита от однофазных замыканий на землю в сети

сизолированной нейтралью

Одним из распространенных видов аварийных режимов в сетях с изолированной нейтралью, являются однофазные замыкания на землю. Специфика работы таких сетей при однофазном замыкании состоит в том, что такое замыкание не вызывает повышенных токов в сети (до величин токов К.З.) и не сопровождается снижением междуфазных напряжений. В связи с этим реализация токовых защит от однофазных замыканий в таких сетях связанно с определенными особенностями их реализации. А именно токовые защиты для данных сетей будут реагировать на составляющие токов – токи нулевой последовательности. Наличие данных токов сигнализирует о замыкании на землю. Данные защиты могут быть выполнены как с выдержкой времени, так и без выдержки. В качестве объекта защиты могут выступать кабельные и воздушные линии электропередачи. Пригодность выше отмеченных защит оценивается коэффициентом чувствительности.

Принятые подходы по расчету тока срабатывания и оценки чувствительности токовых защит от однофазных замыканий на землю, рассмотрены в практическом занятии № 4, задача № 1. По данной тематике предлагается рассмотреть следующую задачу:

- 64 -

Задача № 4. Рассчитать ток срабатывания защиты (по первичному току) нулевой последовательности и оценить ее чувствительность, предназначенной для селективного отключения защищаемого присоединения при однофазных замыканиях на землю без выдержки времени в сетях с изолированной нейтралью напряжением 10 кВ. Защита установлена на линии длиной l1, питающей карьер, тип линии указан в табл. 3.4. Общая длина всех кабельных линий (три), подключенных к шинам данной подстанции lК . Общая длина воздушных ЛЭП (две), подключенных к шинам данной подстанции lВ . В ремонте в среднем находится 10 % общей длины кабельных и воздушных ЛЭП. Оценить чувствительность защиты, если защита будет выполнена с выдержкой времени. Выполнить иллюстрацию к условию данной задачи, на которой показать однофазное повреждение на линии, питающей карьер и пути замыкания данного тока.

3.6. Дифференциальные токовые защиты ЛЭП

Для защиты ЛЭП от К.З. в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени применяются дифференциальные защиты ЛЭП. Данные защиты подразделяются на продольные и поперечные. Для защиты одинарных используются продольные дифференциальные защиты. Важным преимуществом рассматриваемых защит является более высокая чувствительность, в сравнении с рассмотренными ранее токовыми защитами, т.к их нет необходимости отстраивать от токов нагрузки. Отстройка пусковых органов данных защит осуществляется от токов обусловленных погрешностями трансформаторов тока – токи небаланса. В тоже время для повышения чувствительности при необходимости, возможно использование дополнительных устройств (быстронасыщающихся трансформаторов тока, дифференциальных реле с торможением). После выбора тока срабатывания осуществляется оценка защит на основе коэффициента чувствительности.

Материал по данным защитам подробно рассмотрен на практическом занятии № 5, задача № 1. Самостоятельная проработка материала по дифференциальным защитам предлагается на основе следующей задачи:

Задача № 5. Выбрать ток срабатывания реле продольной дифференциальной защиты (рис. 3.3.4), выполненной по схеме с циркулирующими токами. Погрешности однофазных однотипных трансформаторов тока не более 10 %, их коэффициент трансформации Т. Ток двухфазного внешнего КЗ в максимальном режиме работы энергосистемы равен I(КЗ2).вн.max. Оценить чувствительность защиты при условии, что минимальное значение тока КЗ в зоне защиты от пер-

- 65 -

Задача № 6. Рассчитать токовую отсечку силового трансформатора, выполненного по схеме неполной звезды, для нечётных номеров вариантов, и по схеме одно токовое реле на разность токов двух фаз, для чётных номеров вариантов, от межфазных КЗ. Исходные данные представлены на рис. 3.3.5.

Тип защищаемого трансформатора, значение токов КЗ в точке К1 и К2, коэффициент трансформации трансформаторов тока заданы в табл.3.6 согласно номерам вариантов. Коэффициент запаса для расчётов принять равным Кзап = 1,2.

Определить ток срабатывания защиты (с учётом тока уставки реле), ток срабатывания реле, ток уставки реле, чувствительность защиты с необходимыми выводами.

Примечание: для всех номеров вариантов точка КЗ К2 указана на шинах высшего напряжения силового трансформатора (110 либо 35 кВ), точка К1 на шинах низшего напряжения (10 кВ). Тип реле, которым выполнена токовая отсечка, указан в табл. 3.6 согласно номеру варианта.

Рис. 3.3.5. Защита силового трансформатора при помощи токовой отсечки

- 67 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Учебная дисциплина «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» является одной из базовых и относится к специальным дисциплинам, завершающим подготовку студентов электроэнергетиков. Поэтому освоение материалов практикума повышает качество подготовки студента, обучающегося по программе бакалавриата направлений подготовки: 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», 35.03.06 «Агроинженерия» и позволяет:

знать:

организацию технического обслуживания и ремонта электрооборудования устройств релейной защиты и автоматики систем электроснабжения;

состав и порядок проектирования устройств релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем;

уметь:

применять методы, технические средства испытаний и диагностики поврежденного электрооборудования систем электроснабжения;

настраивать, и грамотно эксплуатировать схемы релейной защиты и автоматики;

владеть:

задачами взаимосвязи при эксплуатации и проектировании устройств релейной защиты систем электроснабжения;

методами расчета параметров систем релейной защиты и автоматики. Материалы практикума также могут быть использованы при выполнении

специальных разделов выпускных квалификационных работ, обучающихся по «электроэнергетическим» направлениям подготовки бакалавриата и магистратуры.

- 68 -

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Горемыкин, С. А. Устройства релейной защиты и автоматики: учебное пособие/ С. А. Горемыкин. - Воронеж: Издательство «Кварта», 2008.-123с.

2.Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов/ В. А. Андреев. М.: Высш. шк., 2006.- 636 с., ил.

3.Федосеев, А. М. Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей: учебное пособие для вузов/ А. М. Федосеев - М.: Энергоатомиздат, 1984.-520 с., ил.

4.Кривенков, В. В. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения / В. В. Кривенков, В. Н. Новелла. - М.: Энергоиздат, 1981.

5.Шабад, М. А. Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов / М. А. Шабад. - Л.: Энергоатомиздат, 1987.

6.Кузнецов, Ф. Д. Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций и электрических сетей. Ч.1: Электромеханические реле / Ф. Д. Кузнецов, А. Н. Белотелов. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 1999.

7.Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций

/под ред. Э. С. Мусаэляна. 2-е изд. - М.-Л.: Энергоатомиздат, 1989.

8.Справочник по проектированию электрических сетей и электрооборудованию / под ред. Ю. Г. Барыбина, Е. Л. Федорова, М. Г. Зименкова, А. Г. Смирнова. М., 1991.

9.Андреев, В. А. Релейная защита систем электроснабжения в примерах и задачах: учеб. пособие / В. А. Андреев. - М.: Высш. шк., 2008.- 252 с.: ил.

10.Шабад, М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей / М. А. Шабад. - Л.: Энегоатомиздат, 1985.

11.Булычев, А. В. Релейная защита в распределительных электрических сетях [Электронный ресурс]: пособие для практических расчетов/ А. В. Булычев, А. А. Наволочный— Электрон. текстовые данные.— М.: ЭНАС, 2017.— 206 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/76939.html.— ЭБС «IPRbooks».

12.Булычев, А. В. Релейная защита в распределительных электрических сетях [Текст] : пособие для практических расчетов/ А.В. Булычев - Москва : ЭНАС, 2011 (Люберцы : ФГУП "Произв.-издат. комбинат ВИНИТИ", 2010). -

207 с. : ил. - ISBN 978-5-4248-0006-1 : 343-20.

13.Правила оформления выпускной квалификационной работы, утверждено 31 августа 2018 года Ученым советом ВГТУ (протокол № 1).

- 69 -

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Факультет энергетики и систем управления

Кафедра электромеханических систем и электроснабжения

Задание на курсовую работу по дисциплине «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем»

Вариант №1 Тема работы «Проектирование устройств защиты электроэнергетических объектов»

студент группы, ФИО________________________________________

Технические данные для выполнения работы сведены в ниже следующую таблицу:

Примечание: Условия к соответствующим задачам, с необходимыми пояснениями и общими данными исходными для всех номеров вариантов, приведены в третьем разделе практикума по дисциплине «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем».

В РПЗ должны быть проработаны вопросы по следующим разделам: Введение.

1. Максимальные токовые защиты линий электропередачи.

1.1. Порядок выбора и взаимного согласования уставок срабатывания по времени

для МТЗ.

1.2. Порядок выбора и оценки уставок срабатывания по току для комплектов

МТЗ.

2.Токовая отсечка мгновенного действия на линии с двухсторонним питанием.

3.Токовая защита от однофазных замыканий на землю в сети с изолированной нейтралью.

4.Дифференциальные токовые защиты ЛЭП.

5.Токовые отсечки применительно к защите силового трансформатора. Заключение.

Список литературы.

Срок защиты работы _________________________________

- 70 -