1.4 Расчет токов кз на эвм: краткое описание программ для расчета токов кз, расчетная схема замещения, результаты расчетов

Расчеты токов КЗ, необходимых для выбора уставок и оценки чувствительности резервных защит линий, выполнены на ЭВМ с применением программы «TKZ-200».

Программа позволяет определять:

• значение тока в месте короткого замыкания;

• значение тока в отдельных элементах схемы, включая выключатели;

• значение напряжения в узлах системы;

• эквивалентную ЭДС и эквивалентное сопротивление прямой и нулевой последовательности для места КЗ.

Программа позволяет производить расчеты:

• в действительных величинах;

• в величинах, приведенных к одной ступени напряжения.

Рассчитываемые параметры могут быть представлены:

• в виде модулей фазных токов и напряжений при 3-фазных КЗ, модулей токов поврежденных фаз при 2-фазных КЗ и модулей токов 3I₀и напряжений 3U₀при КЗ на землю;

• модулей симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Основные допущения, используемые при расчете:

• не учитываются углы сдвига между ЭДС;

• не учитываются емкостные проводимости линий электропередачи;

• не учитываются активные сопротивления элементов;

• не учитывается нагрузка в схеме замещения прямой последовательности;

• сопротивления элементов сети прямой и обратной последовательности приняты одинаковыми;

• короткие замыкания считаются металлическими;

• сопротивления линий электропередачи принимаются сосредоточенными;

• расчет ведется для начального момента времени возникновения КЗ.

Расчетная схема электрической сети 110 кВ, приведенная к машинному виду, дана

на рис.1.4.

Рис. 1.4. Схема для расчета токов короткого замыкания на ЭВМ по программе TKZ-200

Обозначение расчетных режимов приведено в табл. 1.5.

Таблица 1.5. Обозначение расчетных режимов

Обозначение режима	Описание режима
I	системы С1 и С2 в максимальном режиме
1	отключена линия Л1
2	отключена линия Л2
3	отключена линия Л3
4	отключен автотрансформатор Т3
5	отключен блок генератор – трансформатор G2 – Т2
6	отключен выключатель Q21
7	отключен трансформатор Т6
1А(1Б)	отключение линии Л1 со стороны электростанции «А» (подстанции «Б»)
2А(2Б)	отключение линии Л2 со стороны электростанции «А» (подстанции «Б»)
3Г	отключена линия Л3 со стороны подстанции «Г»
()	отключена и заземлена линия Л1 (Л2)

2 Релейная защита параллельных лэп с двухсторонним питанием

2.1 Анализ особенностей ЛЭП. Требования ПУЭ к выполнению основных и резервных защит ЛЭП. Выбор вариантов выполнения основной и резервной защит, устанавливаемых на параллельных ЛЭП с ответвлениями, одиночной ЛЭП и трансформаторах ответвительной подстанции. Обоснование проектного варианта. Технические данные основной и резервной защит ЛЭП, используемые при проектировании

2.1.1 При проектировании релейной защиты и автоматики линий Л1 и Л2 учитываются следующие особенности:

1) электрическая сеть 110 кВ работает с эффективно заземленной нейтралью;

2) питание электрической сети двустороннее;

3) питание со стороны потребителей на подстанции “Б” и подстанции “В” отсутствует;

4) блочный трансформатор Т1 и автотрансформатор Т3 на ЭС «А» работают с постоянно заземленной нейтралью; на ПС «Б» заземлена нейтраль трансформатора Т6;

5) подстанция “В” запитывается ответвлением от параллельных линий Л1 и Л2 по линии длиной 4 км. На подстанции установлены два двухобмоточных трансформатора Т4 и Т5 мощностью 16 МВА, работающие с изолированной нейтралью.

6) трансформаторы Т4 и Т5, а также трансформаторы Т6 и Т7 со стороны НН работают раздельно;

7) трансформаторы Т6 и Т7 со стороны СН работают на общие шины.

Согласно [2] для линий в сетях 110-500 кВ с эффективно заземленной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. Для линий напряжением 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 работы энергосистемы 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 ,отключаются без выдержки времени.

Протокол расчета остаточных напряжений приведен в прил. 3.

Значения остаточных напряжений сведены в табл. 2.1

Рис. 2.1 Поясняющая схема к расчету остаточных напряжений электрической сети 110 кВ

Таблица 2.1 Остаточные напряжения электрической сети 110 кВ

Место и вид КЗ	Режим	UОСТ, кВ		Примечание
	I-1А	На подстанции «Б»	33,68	<38,1 кВ
	I-1Б	На электростанции «А»	47,87	>38,1 кВ

С учетом особенностей электрической сети и в соответствии с требованиям ПУЭ для ЛЭП 1 и 2 должны быть предусмотрено применение основных защит абсолютной селективности (ЗАС), обеспечивающих отключение междуфазных КЗ и КЗ на землю в любой точке защищаемого участка без замедления.

Если основная защита ЛЭП обладает абсолютной селективностью, то на данной линии должны быть установлена резервная защита, выполняющая функции не только дальнего, но и ближнего резервирования.

В качестве основной быстродействующей защиты могут быть приняты следующие типы защит:

1. дифференциально-фазная высокочастотная защита (шкаф типа 2607 081);

2. направленная защита линии с высокочастотной блокировкой (шкаф типа ШЭ2607 031);

3. продольная дифференциальная токовая защита (шкаф типа 2607 091).

Недостатком высокочастотной дифференциально-фазной (вариант 2) и направленной защиты с ВЧ-блокировкой (вариант 3) является наличие пусковых и измерительных органов, реагирующих на напряжение, что может привести к необходимости вывода защиты из работы или отказу защиты при неисправностях в цепях ТН. Вариант с применением продольной дифференциальной токовой защиты указанного недостатка не имеет.

Продольная дифференциальная токовая защита может быть применена на линиях, оборудованных оптоволоконными каналами связи ограниченной длины (до 90 км). Учитывая наличие на параллельных ЛЭП оптоволоконного канала связи и длину защищаемых линий (30 км), в качестве проектного варианта выполнения основной защиты параллельных ЛЭП 1 и 2 принят вариант – продольная дифференциальная токовая защита.

На одиночной ЛЭП 3 также применяется продольная дифференциальная токовая защита.

В качестве резервной используется шкаф ШЭ2607 016.От междуфазных КЗ используется трехступенчатая дистанционная защита, а от КЗ на землю – четырехступенчатая токовая защита нулевой последовательности. В качестве дополнительной защиты для устранения “мертвой зоны” дистанционной защиты, применяется токовая отсечка.

2.1.3 В соответствии с [4] на трансформаторах предусматриваются устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1. многофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах;

2. однофазных замыканий в обмотках и на выводах;

3. витковых замыканиях в обмотках;

4. токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

5. токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6. понижения уровня масла.

На трансформаторах подстанции «Б» устанавливаются следующие защиты:

1. Основные защиты:

• от многофазных КЗ в обмотках и на выводах ‑ продольная дифференциальная токовая. Защита может срабатывать только при КЗ в зоне, ограниченной местами установки трансформаторов тока, и выполняется без выдержки времени, действует на отключение выключателя 35 кВ и 10 кВ;

• от всех видов повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла ‑ газовая защита (РГП-50). Газовая защита действует на сигнал при слабом газообразовании или понижения уровня масла и на отключение выключателя 35 кВ и 10 кВ, при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла;

2. Резервные защиты:

• максимальные токовые защиты (МТЗ), устанавливаемые на всех трех сторонах трансформаторов (ВН, СН и НН). МТЗ на сторонах СН и НН предназначены для действия при КЗ на шинах соответствующих напряжений и в качестве резервных ‑ при КЗ на отходящих от этих шин присоединениях в случае отказа их защит. МТЗ на стороне ВН осуществляет функцию ближнего резервирования по отношению к основной защите трансформатора и функцию дальнего резервирования по отношению к защитам, устанавливаемым на сторонах СН и НН, в случае их отказа срабатывания;

• МТЗ от перегрузок с действием на сигнал, устанавливаемые на сторонах ВН трансформаторов.

Для трансформаторов ответвления согласно [2] предусматриваются следующие виды защит:

1. продольная дифференциальная токовая защита от повреждений на выводах и от внутренних КЗ;

2. газовая защита от повреждений внутри бака трансформатора и отсека РПН, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла. Газовая защита должна действовать на сиг­нал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсив­ном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла;

3. МТЗ;

4. МТЗ от токов, обусловленных перегрузкой, с действием на сигнал.

Для автотрансформатора связи согласно [2] предусматриваются следующие защиты:

1. продольная дифференциальная токовая защита от повреждений на выводах и от внутренних КЗ;

2. газовая защита от повреждений внутри бака трансформатора и отсека РПН, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла. Газовая защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсив­ном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла;

3. ТЗНП от замыканий на землю на сторонах ВН и СН;

4. МТЗ с комбинированным пуском по напряжению от многофазных КЗ на стороне НН;

5. двухступенчатая ДЗ от многофазных КЗ;

6. защита от неполнофазного режима;

7. МТЗ от токов, обусловленных перегрузкой, с действием на сигнал.

2.1.4 Описание и основные технические данные панели основной продольно-дифференцильной токовой защиты линии типа ШЭ2607 091.

Шкаф типа ШЭ2607 091 является полукомплектом дифференциальной токовой продольной защиты линии (ДЗЛ) с использованием цифровых каналов связи (КС), предназначен для использования в качестве основной защиты линий электропередачи напряжением 110-220 кВ.

Применяется в качестве дифференциальной защиты линии с использованием цифровых каналов связи.

Полукомплект включает в себя систему дистанционного приёма и передачи команд. Дополнительно, с целью резервирования ДЗЛ при потере цифровых КС полукомплект содержит трехступенчатую дистанционную защиту (ДЗ) от междуфазных и одну ступень от однофазных КЗ на землю, четырехступенчатую токовую направленную защиту нулевой последовательности (ТНЗНП) с дополнительными возможностями ускорения действия этих защит от оперативных переключателей и сигналов ВЧТО, а также токовую отсечку (ТО), УРОВ и автоматику разгрузки при перегрузке по току (АРПТ).

Продольная ДЗЛ состоит из двух полукомплектов, установленных на разных концах защищаемой ВЛ и соединенных цифровыми каналами связи. В терминалах, установленных на разных концах ВЛ осуществляется синхронизация моментов взятия цифровых отсчетов аналоговых сигналов (прежде всего фазных токов) и синхронизация цифровой обработки сигналов. В результате терминалы разных полукомплектов, при наличии каналов связи, представляют собой одно устройство с единой системой векторов сигналов. Точность синхронизации положения векторов в устройствах на разных концах линии определяется разностью времени передачи данных по каналу связи в прямом и обратном направлениях.

Определение времени задержки передачи данных по каналу связи в процессе работы осуществляется автоматически. Предусмотрен вариант выполнения терминала с двумя комплектами трёхфазных цепей тока, предназначенными для использования в полуторной первичной схеме подстанции. При наличии на линии ответвления с трансформаторами используется дополнительный комплект измерительных органов, состоящих из трёх реле междуфазного сопротивления и реле направления мощности нулевой последовательности, отстроенного от броска токов намагничивания трансформаторов. В устройстве реализована система передачи и приёма команд между полукомплектами. Четыре из них использованы для ускорения дистанционной и токовой защиты, для передачи сигналов УРОВ и телеотключения. Дополнительная передача и приём 16 команд позволяет использовать их для обмена сигналами между любыми внешними устройствами, например, для телеуправления выключателями или для обмена внутренними для терминала логическими сигналами, общими для полукомплектов защиты.

Для протяжённых воздушных и кабельных линий со значительным емкостным током предусмотрено выравнивание токов по концам линии при внешних повреждениях (компенсация ёмкостного тока), что позволяет не учитывать зарядный ток линии при расчёте уставок по току срабатывания.

Комплект ступенчатых защит предусмотрен для обеспечения функции защиты линии при неисправностях в канале связи. Ступенчатые защиты имеют возможность ускорения соответствующих ступеней путём передачи и приёма команд по своему цифровому каналу связи или от внешней аппаратуры передачи команд противоаварийной автоматики. В этом случае, действуя на отключение параллельно с ДЗЛ, дистанционная и токовая защиты могут использоваться как вторая основная защита на альтернативном принципе действия с общим каналом или с резервными каналами связи.

Для двухтерминального применения каналы могут дублироваться по разным трассам прокладки оптического кабеля или на каналах разного типа. Это повышает надёжность передачи команд.

Таблица 2.2 Основные технические данные шкафа ШЭ2607 091

Номинальный переменный ток IНОМ , А	1 или 5
Номинальное междуфазное напряжение переменного тока Uном, В	100
Номинальное напряжение оперативного постоянного или выпрямленного тока Uпит, В	220 или 110
Номинальная частота fном, Гц	50

Описание и основные технические данные панели резервных защит шкафа ШЭ2607 016:

Шкаф типа ШЭ2607 016 предназначен для защиты линии 110-220 кВ и управления выключателем как с трехфазным, так и пофазным приводом. Шкаф содержит трехступенчатую дистанционную защиту (ДЗ), четырехступенчатую токовую направленную защиту нулевой последовательности (ТНЗНП), токовую отсечку (ТО), автоматику разгрузки при перегрузке по току (АРПТ), а также автоматику управления выключателем (АУВ) и устройство резервирования отказов выключателя (УРОВ).

Автоматика управления выключателем формирует сигналы на включение и отключение выключателя по командам, приходящим от защит и устройств, телемеханики или ключа дистанционного управления.

Аппаратно указанные выше функции реализованы на базе микропроцессорного терминала БЭ2704 016.

Таблица 2.3 Основные технические данные панели резервных защит шкафа ШЭ2607 16

Номинальный переменный ток IНОМ , А	1 или 5
Номинальное междуфазное напряжение переменного тока Uном, В	100
Номинальное напряжение оперативного постоянного или выпрямленного тока Uпит, В	220 или 110
Номинальная частота fном, Гц	50