Шабад Расчёты РЗА распредсетей 2012

190

точки К2 по формулам (2.7) (2.12) определяются: хтр.мин = 0,095 96,62/6,3 =

=141 Ом; xтр.макс = 0,11 1262/6,3 = 277 Ом;

I(3)к.макс.ВН = 11 0 000/[ 3 (15 + 141)] = 410 А;

I(3)к.макс.НН = 410 96,6/11 = 3600 А;

I(3)к.мин.ВН = 126 000/[ 3 (36 + 277)] = 230 А;

I(3)к.мин.НН = 230 126/11 = 2600 А.

Токи КЗ показываются на схеме на рис. 2.10, а (в числителе – максимальные, в знаменателе – минимальные).

Рассчитывается ток самозапуска нагрузки с учетом того, что нагрузка типа

обобщенной (х нагр = 0,35). Сопротивление обобщенной нагрузки, отнесенное к номинальной мощности трансформатора и наименьшему напряжению стороны ВН

По отношению к максимальному рабочему току трансформатора, равному 1,05 номинального (33 А), коэффициент kсзп = 94/33 = 2,8. Ток самозапуска, проходящий по стороне НН, равен 94 96,6/11 = 825 А.

Выбирается ток срабатывания селективной максимальной защиты с независимой характеристикой, установленной на секционном выключателе 10 кВ (СВ). Максимальный рабочий ток СВ может быть равен максимальному рабочему току любого из двух трансформаторов. В свою очередь, для каждого из трансформаторов

максимальный рабочий ток при введенном АВР не должен быть более 0,65–0,7 его

номинального тока. Тогда по условию (1.1) Ic.з2 1,1 0,7 825/0,8 = 800 А.

По условию согласования чувствительности с защитами 1 линий 10 кВ (не работающих параллельно), I c.з2 1,4 (320 + 150) = 660 А, где суммарная нагрузка неповрежденных линий определяется как разность между максимальным рабочим током секции (230 А) и рабочим током поврежденной линии (80 А), с которой производится согласование; kн.с= 1,4 (табл. 2.4).

Проверяется коэффициент чувствительности защиты 2 в основной зоне: k (2)ч =

= 0,865 2600/800 = 2,8 > 1,5 [1].

Выбирается время срабатывания защиты 2 таким образом, чтобы при ее токе срабатывания (800 А) соблюдалась ступень селективности между защитами 1 и 2. Защита 1 при токе 800 А имеет k = 800/320 = 2,5 и tс.з1 1,3 с (по типовой характеристике реле РТ-80). Тогда tс.з2 = 1,3 + 0,7 = 2 c (рис. 2.10, б).

Поскольку tс.з2 = 2 с, целесообразно выполнить ускорение действия этой защиты при срабатывании АВР. Время действия защиты по цепи ускорения принимается примерно 0,5 с.

Выбирается ток срабатывания максимальной токовой защиты 3 на стороне 110 кВ трансформаторов. Защита выполняется по схеме на рис. 2.1, в или г (предстоит решить, допустима ли последняя).

191

По условию (1.1) с учетом того, что в некоторых режимах трансформатор может быть нагружен до 1,3Iном.Тр (при отсутствии второго трансформатора), ток срабаты-

вания его максимальной защиты I c.з3 1,1 1,3 94/0,8 = 170 А (445% I ном.Тр ).

С учетом АВР Ic.з3 1,2(0,7 94 + 0,7 33) = 107 А, считая, что каждый из трансформаторов загружен на 70%.

По условию согласования с защитой 2 на СВ 10 кВ (для Тр1, но аналогично и для

Тр2):

Iс.з 3 1,3(80011511 0,7 33011511 ) 128 А,

где kн.с берется из табл. 2.4. В этом условии рассматривается удаленное КЗ на одной из линий, отходящей от соседней секции (питающейся через СВ), при отказе защиты или выключателя этой линии. При таком КЗ нагрузка Тр1 может оставаться примерно равной рабочей максимальной.

Таким образом, для защиты 3 принимается Ic.з3 = 170 А. Для трансформаторов тока типа ТВТ-110 принимается nт = 150/5, так как при nт = 100/5 мощность трансформаторов тока мала и они, как правило, не обеспечивают точную работу

= 11,5 А. Коэффициент чувствительности k2ч.осн = 11,5/9,8 = 1,17 1,5 [1]. Поэтому на практике на подобных трансформаторах с большими пределами регулирования напряжения под нагрузкой и в связи с этим существенным различием между токами при КЗ за трансформатором, а также при kсзп > 2 максимальная защита выполняется с

для схемы с двумя реле 52 А. Поскольку для обеих схем kч 1,5, можно принять схему с двумя реле рис. 2.1, г.

Время срабатывания для первой ступени защиты 3, действующей на отключение выключателя 10 кВ (рис. 2.10, а), выбирается на ступень селективности больше, чем у

защиты на СВ 10 кВ, т. е. 2,4 с. Для второй ступени можно принять 2,8 с. Ступени селективности 0,4 с допускаются для защит с независимой выдержкой времени.

Определяется допустимость применения принципа дешунтирования ЭВ короткозамыкателя по выражению (2.2а), приняв ЭВ с током срабатывания 5 А. Без учета действительной токовой погрешности трансформаторов тока коэффициент

чувствительности для ЭВ: 11,5/5 = 2,3, т. е. несколько меньше, чем требуют «Правила». С учетом токовой погрешности f 20% коэффициент чувствительности

192

снижается до 1,8 . Приближенное значение токовой погрешности для трансформаторов тока типа ТВТ-110 (ТВТ-110-I) в режиме после дешунтирования ЭВ определенно выше в примерах к условиям (2.3) (2.5). Таким образом, схема с дешунтированием ЭВ (ЭО) не является достаточно надежной и в качестве источника оперативного тока обычно применяются предварительно заряженные конденсаторы.

Производится расчетная проверка трансформаторов тока на стороне 110 кВ типа ТВТ-110 (встроенных) по условиям § 1.5.

1. Проверка на 10%-ную погрешность производится по расчетным условиям (Iрасч) максимальной токовой защиты, поскольку они более тяжелые, чем у дифференциальной защиты (получается меньшее допустимое значение нагрузки zн.доп). Это вызвано особенностями кривых предельных кратностей встроенных трансформаторов тока при малых кратностях тока: на обратной ветви некоторых

кривых уменьшение кратности тока k10 приводит к уменьшению допустимой нагрузки zн.доп. При наибольшем токе Iс.з3, при котором k(2)ч.осн = 1,5, т. е. Iс.з3 = 130 А (при

условии, что защита дополняется пуском по напряжению см. § 2.3), k10 = 1,1130/150 1. По кривой предельных кратностей ТВТ-110 при nт = 150/5 определяется zн.доп = 0,93 Ом. Для двух последовательно включенных одинаковых вторичных обмоток ТВТ-110 zн.доп = 1,86 Ом.

Фактическая расчетная вторичная нагрузка для принятой схемы (рис. 2.1, г)

zн.расч = 3rпр + 3 (zРТ.м + zРТ.д + zРП + zРВМ ) + rпер = 3 0,25 + 3 (0,02 + 0,1 + 0,1 + 0,1) + 0,1 =

= 1,8 Ом < zн.доп. Сопротивления отдельных элементов определяются следующим образом. Сопротивление алюминиевых проводов при длине 35 м и сечении 4 мм2 равно 0,25 Ом. Сопротивления токового реле максимальной защиты типа РТ-40/20

(где 10 В А потребляемая мощность при двойном токе срабатывания,); реле времени

типа РВМ-12 zРВМ = 10/(2 5)2 = 0,1 Ом (где мощность 10 В А).

Сопротивление токового дифференциального реле типа ДЗТ-11 приближенно принимается zРТ.д = 0,1 Ом.

2. Проверка надежной работы контактов таковых реле максимальной защиты. По

значению. Iк.макс = 4400 А (рис. 2.10, а) определяется kмакс = 4400 = 29,5. По

150

величине 0,5 zн.расч = 0,5 1,8 = 0,9 Ом. (учитывая две последовательно включенные вторичные обмотки) по соответствующей кривой находится k10 = 17. Тогда А =

= 29,517 = 1,74; f = 30%, т. е. надежная работа контактов обеспечивается.

3. Определяется U2Т = 2 29,5 5 1 ,8 = 377 В < 1400 В.

Аналогично проверяются трансформаторы тока на стороне 10 кВ трансформатора.

193

§ 2.3. Максимальная токовая защита с пуском по напряжению

kсзп = 1, поскольку отстройка от перегрузочных режимов обеспечивается пусковым органом напряжения. Исключение могут составлять максимальные токовые защиты трансформаторов 35 и 110 кВ с нагрузкой, состоящей из электродвигателей 6 (10) кВ. Для обеспечения бездействия защиты таких трансформаторов при близких двухфазных КЗ в питающей сети ток срабатывания максимальной защиты следует принимать не менее 2Iном.тр, чтобы отстроиться от возможного увеличения тока, потребляемого двигателями при снижении напряжения, вызванном этим двухфазным КЗ.

Типовой (комбинированный) пусковой орган напряжения (рис. 2.11, а) состоит из фильтра-реле 2 напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения 1, включенного на одно из междуфазных напряжений через размыкающий контакт фильтра-реле. В схеме на рис. 2.11, а у реле 1 использован размыкающий контакт в предположении, что защита выполнена на постоянном оперативном токе. Для схем защиты на переменном оперативном токе у реле 1 используется замыкающий контакт.

Рис. 2.11. Пусковые органы напряжения максимальных токовых защит трансформаторов: а – комбинированный пусковой орган [1]; б – пусковой орган с тремя минимальными реле напряжения

Напряжение срабатывания фильтра-реле 2 обратной последовательности типа РНФ-1М выбирается из условия обеспечения отстройки от напряжения небаланса фильтра в нормальном режиме:

где U2с.з и Uном – междуфазные напряжения.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения 1 определяется исходя

194

где Uмин минимальное остаточное напряжение в месте установки трансформатора напряжения, от которого питается реле, в начале самозапуска двигателей нагрузки

после отключения внешнего КЗ; kн коэффициент надежности, может быть принят

Напряжение Uмин может быть определено при приближенном расчете режима самозапуска. Обычно Uс.з = (0,5 0,65)Uном, но в практике эксплуатации имеют место

случаи, когда приходится принимать Uс.з = (0,4 0,5)Uном. Однако такое снижение чувствительности должно использоваться только при необходимости (например, для согласования по чувствительности с предыдущими защитами), так как при этом ухудшаются условия согласования для защит последующих (питающих) элементов: максимальных токовых, а также дистанционных, особенно с ненаправленными реле сопротивления. Ниже 0,4Uном уставку выбирать опасно, поскольку защита может отказать при КЗ на защищаемых шинах через переходное сопротивление.

Питание пусковых органов напряжения защит понижающих трансформаторов осуществляется от трансформаторов напряжения, установленных на сторонах среднего и низшего напряжений. При этом, чувствительность реле 1 и 2 при выбранных по формулам (2.20) и (2.21) уставках с большим запасом обеспечивается при всех видах КЗ на шинах соответственно среднего и низшего напряжений.

Коэффициент чувствительности при КЗ в зоне резервирования для реле 2:

КЗ между двумя фазами в расчетной точке в режиме, при котором указанное напряжение имеет наименьшее значение; U2с.з напряжение срабатывания, берется из выражения (2.20).

Для минимального реле напряжения 1 (рис. 2.11, а) коэффициент чувстви-

где Uост междуфазное напряжение в месте установки трансформатора напряжения, от которого питаются реле, при металлическом трехфазном КЗ в расчетной точке, когда указанное напряжение имеет наибольшее значение; Uс.з – напряжение срабатывания, берется из выражения (2.21); kв > 1 – коэффициент возврата реле (учитывается благодаря тому, что в момент возникновения трехфазного КЗ кратковременно появляется напряжение обратной последовательности, срабатывает реле 2 и тогда реле 1 работает «на возврате»).

Для резервных защит требуется kч 1,2 [1]. Для другого варианта выполнения пускового органа (рис. 2.11, б) в выражении (2.23) коэффициент возврата не

195

Сравнивая варианты пусковых органов (рис. 2.11, а и б), легко убедиться, что типовой пусковой орган обеспечивает большую чувствительность защиты при симметричных КЗ, еще значительно большую чувствительность при несимметричных КЗ и, кроме того, состоит из меньшего числа реле. Недостатком схемы на рис. 2.11, а является возможность срабатывания при кратковременном появлении несимметрии напряжения, например при включении выключателя от схемы АВР. Для устранения этого недостатка работа защиты по цепи ускорения после АВР должна происходить с

временем 0,5 с или больше.

Кроме того, применение комбинированного пускового органа напряжения не освобождает от необходимости согласования по току максимальных защит трансформатора и защит отходящих линий, не имеющих пуска по напряжению. Это объясняется тем, что при несимметричных КЗ в питаемой сети комбинированный пусковой орган из-за своей высокой чувствительности по напряжению обратной последовательности имеет, как правило, значительно большую зону действия, чем максимальные (и дистанционные) защиты отходящих линий. В то же время меньшая чувствительность пускового органа из трех реле напряжения (рис. 2.11, б) может быть при необходимости использована для совместного по току и по напряжению согласования чувствительности максимальной токовой защиты трансформатора с предыдущими максимальными токовыми защитами сильно нагруженных линий, с

которыми согласование лишь по току невозможно [8]. Один из таких случаев рассмотрен в примерах 6 и 7.

Наряду с этим пусковой орган из трех реле напряжения (рис. 2.11, б) позволяет весьма просто и во всех случаях обеспечить согласование чувствительности (по напряжению) максимальной токовой защиты трансформатора с предыдущими дистанционными защитами, в то время как согласование по току этих защит, выполняемое с учетом электрической дуги, является приближенным и не всегда осуществимым [8]. Согласование по напряжению, очевидно, является вполне достаточным, поскольку при бездействии пускового органа напряжения максимальная токовая защита в целом не срабатывает. Согласование по напряжению может выполняться при металлическом КЗ, поскольку наличие переходного активного сопротивления в месте КЗ приводит к сокращению зоны действия органа минимального напряжения (рис. 2.11, б) еще в большей степени, чем дистанционной защиты (с направленными и тем более с ненаправленными реле), и тем самым улучшает условия согласования.

По условию согласования при металлическом трехфазном КЗ в конце зоны действия предыдущей дистанционной защиты линии пусковой орган минимального напряжения последующей максимальной токовой защиты трансформатора должен бездействовать, поэтому его напряжение срабатывания выбирается по выражению:

где сопротивление срабатывания той ступени предыдущей дистанционной

защиты, с которой производится согласование; наибольшее сопротивление системы и защищаемого трансформатора до места установки трансформатора напряжения, от которого питаются пусковой орган напряжения защиты этого

трансформатора и предыдущая дистанционная защита; kн.с коэффициент надежности

196

согласования, который может приниматься равным 1,1–1,2 по следующим соображениям. В выражении (2.24) при арифметическом сложении модулей сопротивлений zс.з и zс.з = zк не учитывается активная составляющая сопротивления

до места КЗ на линии (принимается э = 90°), поскольку возможен наиболее тяжелый расчетный случай КЗ в трансформаторе, подключенном к линии вблизи места включения пускового органа напряжения максимальной токовой защиты. При повреждениях на отходящей линии по мере удаления точки КЗ увеличивается активная

составляющая в сопротивлении zк ( э < 90°) и остаточное напряжение в месте включения пускового органа будет выше, чем рассчитанное при э = 90° по формуле (2.24), а следовательно, будет возрастать надежность согласования. Поэтому kн.с в (2.24), как правило, может приниматься минимальным: 1,1 при ненаправленных реле

сопротивления предыдущих дистанционных защит и до 1,2 при направленных реле сопротивления.

В максимальном режиме питающей системы зона действия органа минимального напряжения сокращается, а зона действия предыдущей дистанционной защиты остается неизменной, т. е. условия согласования улучшаются.

Выражение (2.24) составлено для типовой схемы питания органа минимального напряжения от тех же шинных трансформаторов напряжения, от которых питаются цепи дистанционных защит предыдущих линий.

Из выражения (2.24) видно, что согласование по напряжению практически всегда

осуществимо. Если zс.з = zс.э , то U с.з = 0,45, что вполне может быть принято. Обычно же сопротивления срабатывания третьих ступеней дистанционных защит zсIII.з > zс.э и U с.з может быть выбрано более высоким, но не выше 0,65Uном.

§ 2.4. Примеры расчета максимальной токовой защиты с пуском по напряжению

Пример 5. Выбираются уставки максимальной защиты с пуском по напряжению

двух трансформаторов по 10 МВ А, работающих раздельно по той же схеме, что и на рис. 2.10. Ток трехфазного КЗ через один трансформатор при повреждении на шинах 10 кВ в минимальном режиме системы и при наибольшем сопротивлении трансформатора равен З00 А, приведенным к напряжению 110 кВ. Коэффициент самозапуска, определенный приближенным методом для обобщенной промышленной нагрузки в максимальном режиме системы и при наименьшем сопротивлении трансформатора, равен 2,8 (аналогично предыдущему примеру).

Решение. Выбирается ток срабатывания максимальной токовой защиты. В учебных целях вначале определяется ток срабатывания по выражению (1.1) для максимальной защиты без пуска по напряжению и проверяется коэффициент

чувствительности защиты. Ток срабатывания Iс.з = 1,2 2,8 50/0,8 = 210 А. При nт = 150/5 и схеме защиты на рис. 2.1, в или г ток Iс.р = 210 1,73/30 = 12,1 А. Минимальное значение тока в реле при КЗ Iр = 1,5 300/30 = 15 А, а коэффициент чувствительности kч(2) = 15/12,1 = 1,24 < 1,5.

Для повышения чувствительности максимальной токовой защиты устанавливается типовой пусковой орган напряжения (рис. 2.11, а). Ток срабатывания

этой защиты по выражению (1.1) при kсзп = 1 равен 1,5 номинального тока трансформатора: Iс.з = 1,5 50 = 75 А. По условию согласования с защитой

197

секционного выключателя Iс.з = kн.с Iс.з СВ = 1,3 53 = 69 А, где kн.с = 1,3 (табл. 2.4); Iс.з СВ = 53 А ток срабатывания максимальной токовой защиты с комбинированным пуском по напряжению на секционном выключателе 10 кВ (ток приведен к напряжению 110 кВ). Максимальное значение рабочего тока СВ принято равным 0,7 номинального тока трансформатора (35 А).

Выбирается Iс.з = 75 А; Iс.р= 75 1,73/30 = 4,3 А. Коэффициент чувствительнос-

ти по току kч.т = 3,5. Улучшаются и условия дальнего резервирования (в данном примере коэффициент чувствительности в зоне резервирования не определяется).

Выбирается напряжение срабатывания комбинированного пускового органа напряжения в соответствии с формулой (2.21):

Uc.з = 0,8Uном/( 1,1 1,2) = 0,58 Uном = 0,58 10 000 = 5800 В,

где Uмин = 0,8Uном .

Напряжение срабатывания реле типа РН-54/160 (реле 1 на рис. 2.11, а)

Uc.р = Uс.з = 5800/(10000/100) = 58 В, nн

где nн коэффициент трансформации трансформатора напряжения, установленного на шинах 10 кВ, от которого питаются реле комбинированного пускового органа защиты.

Напряжение срабатывания фильтра-реле 2 (рис. 2.11, а) согласно выражению (2.20) Uс.р= 6 В, что соответствует минимальной уставке реле типа РНФ-1М с

пределами уставок 6–12 В.

Выбирается время действия защиты и производится расчетная проверка параметров трансформаторов тока так же, как в предыдущих примерах.

Пример 6. Выбираются уставки максимальной токовой защиты трансформатора (115 ± 16%) кВ/6,6 кВ, 16 МВ А, питающего промышленный район (рис. 2.12, а). Ток трехфазного КЗ через трансформатор при повреждении на шинах 6 кВ (точка К1) в минимальном режиме системы и при наибольшем сопротивлении трансформатора равен 430 А, приведенным к напряжению 110 кВ, или 8200 А, приведенным к напряжению 6 кВ. Наибольшее значение тока при таком же повреждении равно соответственно 820 или 12000 А. Наибольшие ток и время срабатывания максимальных защит 1 отходящих реактированных линий 6 кВ равны 800 А и 1,5 с при 600% Iс.з (реле РТ-80), причем две линии работают параллельно.

Решение. Выбирается ток срабатывания максимальной защиты с пуском по напряжению. По выражению (1.1) при kсзп = 1 Iс.з2 = 140 А, приведенным к напряжению 110 кВ.

По условию согласования чувствительности с защитами двух отходящих параллельных линий (n = 2) ток срабатывания защиты 2 трансформатора Iс.з2 1,35(2 800 + 800) = 3250 А или 188 А, приведенным к напряжению 110 кВ, где kн.с = 1,35 (табл. 2.4); суммарный ток нагрузки неповрежденных линий 6 кВ принят равным 800 А. При этом Iс.р2 = 10,8 А. Расчетный ток в реле (табл. 2.1) равен 21,5 А. Коэффициент чувствительности по току равен 2.

198

Рис. 2.12. Расчетная схема (а) и карта селективности (б) к примеру 6 ТН < 2В – максимальная токовая защита с пуском по напряжению с двумя

ступенями выдержки времени (токи приведены к напряжению 6 кВ)

199

Выбирается время срабатывания первой ступени защиты 2 (действующей на отключение выключателя 6 кВ) таким образом, чтобы при токе Iс.з 2 = 3250 А обеспечить необходимую ступень селективности с характеристикой 1 которая представляет собой «суммарную» характеристику защит 1 двух предыдущих параллельных линий, сдвинутую вправо на отрезок, равный суммарному току нагрузки неповрежденных предыдущих линий (рис. 2.12, б). Построение «суммарных» характеристик показано в главе 1. Из рис. 2.12, б видно, что при Iс.з 2 = 3250 А

пришлось бы выбрать tс.з2 5 с, что, очевидно, нецелесообразно.

Для уменьшения времени действия защиты 2 трансформатора (без изменения типов и уставок защит 1 параллельных линий) возможны два варианта: а) увеличение тока срабатывания защиты; б) применение пускового органа напряжения, состоящего из трех минимальных реле напряжения (рис. 2.11, б).

По первому варианту следует выбрать наибольший возможный ток срабатывания

По второму варианту принимается первоначально выбранный по формуле (1.1) Ic.з2 = 140 А (2440 А, приведенным к напряжению 6 кВ), затем определяется значение тока КЗ, называемого током согласования Iсогл, при котором уже обеспечивается согласование по току и времени защит 2 и 1. При выборе значения Iсогл определяющим может быть желание выбрать меньшее tc.з2. В данном примере, выбрав Iсогл = Ic.з = = 4800 А, можно принять tc.з2 = 2,8 с при той же t = 0,7 с по отношению к

характеристике 1" (рис. 2.12, б). По току Iсогл определяется напряжение срабатывания пускового органа защиты 2, обеспечивающее бездействие защиты по напряжению при повреждениях с токами КЗ, меньшими, чем Iсогл. Характеристика защиты 2 (140 А и 2,8 с) показана на рис. 2.12, б сплошной линией; хорошо видно, что без пускового органа напряжения защита 2 неселективна.

Напряжение срабатывания пускового органа может определяться аналитически и графически. Для аналитического определения составляется уравнение:

где Iсогл наименьшее значение тока КЗ, при котором обеспечивается согласование последующей защиты с предыдущей по току и по времени (или только по току); Uс.мин

фазное напряжение системы в минимальном режиме; (zс.мин + zтр.макс) наибольшее сопротивление системы и питающего трансформатора до места включения трансформатора напряжения ТН, от которого питается пусковой орган защиты этого

трансформатора (рис. 2.12, а); zрасч сопротивление участка сети от шин подстанции, где включен ТН (точка К1), до места КЗ (точка К2 на рис. 2.12, а). Из выражения (2.25)