2.3 Проектирование дистанционных защит параллельных и одиночной лэп

2.3.1 Трехступенчатая ДЗ в данном курсовом проекте применяется в качестве резервной к продольной дифференциальной токовой защите на параллельных линиях 110 кВ. Расчет параметров срабатывания выполнен для защит 1 и 3, установленных на линии Л1. Уставки защит 2 и 4, установленных на линии Л2, идентичны.

При проектировании учтены следующие особенности сети 110 кВ:

• сеть имеет параллельные линии Л1 и Л2 с ответвлениями и смежную с ними одиночную линию Л3;

• трансформаторы на ответвлениях работают раздельно;

• питание со стороны ответвлений отсутствует;

На смежных с параллельными линиями элементах, имеются следующие устройства релейной защиты и автоматики:

• Время срабатывания резервных защит Т4(5): t= 1,7 с;

• Время срабатывания резервных защит Т6(7): t= 1,9 с;

• Выдержка времени защиты автотрансформатора от междуфазных КЗ, направленной в сторону системы С1, равна t=5,6 с;

• Выдержка времени ДЗ в системе С2, направленной в сторону системы С2, равна t=4,8 с;

• в распределительных устройствах 110 кВ электростанции “А” и подстанции “Б” имеется УРОВ со временем действия t_УРОВ= 0,3 с;

• КЗ на шинах 110 кВ отключаются быстродействующими защитами со временем действия t_{сз.быст}= 0,1 с.

Шкаф ШЭ2607 содержит три ступени ДЗ, для которых задается направленность, и одну дополнительную ненаправленную ступень. Характеристики срабатывания РС первой и второй направленных ступеней ДЗ, а также дополнительной ненаправленной ступени в комплексной плоскости сопротивлений представлены на рис.2.3.

Рис. 2.3 Характеристики РС IиIIступеней ДЗ шкафа ШЭ2607

Характеристика РС IиIIнаправленных ступеней представляет собой четырехугольник. Данная характеристика ограничена сверху уставкой РС по реактивному сопротивлению, слева характеристика ограничена угломдля обеспечения надежности и быстроты срабатывания с учетом различных влияющих факторов. Наклон характеристики влево позволяет избежать возможных погрешностей РС в статистических и динамических режимах. Ограничение справа определяетсяи выбирается на определенном расстоянии от характеристики короткозамкнутой линии с целью охвата внутренних КЗ через переходное сопротивление. Переходное сопротивление дуги нелинейно и с приближением КЗ к источнику питания уменьшается, поэтому правая сторона характеристики имеет наклон, учитывающий уменьшение возможного значения сопротивления дуги при близких КЗ. Для первой ступени уголопределяется характеристическим углом линии, для второй ступени принимается усредненное значение характеристических углов сопротивлений при КЗ на смежных элементах. В данном курсовом проекте для второй ступенитакже принимается равным углу линии. Нижняя сторона характеристики находится вIVквадранте комплексной плоскостиZ.Наклон характеристикивыбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное срабатывание при близких повреждениях в начале линии через переходное сопротивление, когда вектор сопротивления располагается вблизи активной оси. Для первой ступени у характеристики есть небольшой наклон верхней стороны, определяемый углом, который обеспечивает повышение отстроенности при внешних дуговых замыканиях в конце линии.

Характеристика РС дополнительной ненаправленной ступени имеет форму параллелограмма, смещенного в третий квадрант на величину не более 0,1, а ее уставки поR, Xисовпадают с аналогичными для РС направленной II ступени.

Характеристика РС IIIнаправленной ступени (рис. 2.4) представляет собой параллелограмм, расположенный вIиIIквадрантах и усеченный внизу двумя границами, которые определяются углами наклона к оси активного сопротивленияи.

Рис. 2.4 Характеристика РС IIIступени ДЗ шкафа ШЭ2607

Данные углы наклона характеристики выбираются таким образом, чтобы обеспечить надежную отстройку от большинства нагрузочных режимов. Расположение вектора нагрузки на комплексной плоскости определяется соотношением активной и реактивной мощностей нагрузочного режима. На передающем конце линии сопротивление нагрузочного режима лежит в первом квадранте комплексной плоскости, на приемном во втором или третьем квадрантах. Выбором уставок иобеспечивается повышенная чувствительность к металлическим и через переходное сопротивление КЗ в зонах дальнего резервирования.

Поясняющая схема для расчета ДЗ представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5 Поясняющая схема для расчета ДЗ

2.3.2 Выбор уставок производится для защит 1 и 3, установленных на линии Л1. Уставки защит 2 и 4 идентичны уставкам защит 1 и 3 соответственно. Выбор уставок производится на основе анализа расчетных условий, приведенных в табл. 2.9.

Таблица 2.9 Обоснование выбора уставок ДЗ линий

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
Iступень
	Несрабатывание при внешних КЗ	1. Отстройка от внешнего металлического КЗ на шинах подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
		2. Отстройка от внешнего металлического КЗ за трансформатором ответвления

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Срабатывание при внутренних КЗ	3. Обеспечение требуемой чувствительности к дуговым замыканиям через переходное сопротивление в конце зоны действия ступени
	Несрабатывание в режимах без КЗ	4. Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей
		5. Рекомендация фирмы-изготовителя
	Несрабатывание при внешних КЗ	6. Отстройка от КЗ через переходное сопротивление в конце ЛЭП
	Срабатывание при внутренних КЗ	7.Обеспечение максимальной чувствительности при металлических КЗ на защищаемой линии
	Срабатывание при внутренних КЗ и несрабатывание при внешних КЗ "за спиной"	8.Обеспечение срабатывания при КЗ через переходное сопротивление в начале защищаемой линии
	Срабатывание при внутренних КЗ и несрабатывание при внешних КЗ	9.Обеспечение быстрого срабатывания органа сопротивления при внутренних КЗ

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
IIступень
	Несрабатывание при внешних КЗ в зоне действия быстро-действующих защит смежных элементов	10. Отстройка от времени срабатывания быстро-действующих защит смежных элементов с учетом УРОВ
	Несрабатывание при внешних КЗ за зоной действия быстро-действующих защит смежных элементов	11. Отстройка от металлического КЗ в конце зоны действия I ступени ДЗ смежной ЛЭП
		12. Отстройка от КЗ в конце зоны действия первой ступени ДЗ, установленной на противоположном конце параллельной ЛЭП при каскадном отключении повреждения на ней
		13. Отстройка от КЗ на шинах СН трансформатора подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
		14. Отстройка от КЗ на шинах НН трансформатора ответвления
		15. Отстройка от металлического КЗ на шинах смежного напряжения автотрансформатора подстанции, примыкающей к про­тивополож-ному концу линии

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Срабатывание при внутренних КЗ	16. Обеспечение требуемой чувствительности при дуговых замыканиях через переходное сопротивление в конце ЛЭП
	Несрабатывание в режимах без КЗ	17. Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей
		18. Рекомендация фирмы-изготовителя
	Срабатывание при внутренних КЗ	19.Обеспечение максимальной чувствительности при металлических КЗ на защищаемой линии
	Срабатывание при внутренних КЗ и несрабатывание при внешних КЗ "за спиной"	20.Обеспечение срабатывания при КЗ через переходное сопротивление в начале защищаемой линии
	Срабатывание при внутренниз КЗ и несрабатывание при внешних КЗ	21.Обеспечение быстрого срабатывания органа сопротивления при внутренних КЗ

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
III ступень
	Несрабатывание при внешних КЗ	22. Отстройка от времени срабатывания последней ступени ДЗ смежной ЛЭП
		23. Отстройка от времени срабатывания резервных защит трансформатора ответвительной подстанции и трансформатора подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
	Срабатывание при внутренних металлических КЗ	24. Обеспечение требуемой чувствительности при КЗ в конце зон дальнего резервирования
		25. Ограничение по техническим возможностям терминала
	Срабатывание при внутренних КЗ через переходное сопротивление	26. Обеспечение требуемой чувствительности при дуговых замыканиях в конце зон дальнего резервирования

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Срабатывание при внутренних КЗ через переходное сопротивление	27. Обеспечение чувствительности при КЗ не хуже, чем у микро-электронных и электромехани-ческих защит
		28. Ограничение по техническим возможностям терминала
	Срабатывание при КЗ в зоне дальнего резервирования	29.Обеспечение максимальной чувствительности при металлических КЗ на смежных элементах
	Несрабатывание в режимах без КЗ	30. Отстройка от максимального угла наклона вектора сопротивления в нагрузочном режиме
	Срабатывание при внутренниз КЗ и несрабатывание при внешних КЗ	31.Обеспечение быстрого срабатывания органа сопротивления при внутренних КЗ

Коэффициенты токораспределения и значения токов КЗ, необходимые для определения уставок и оценки чувствительности, приведены в табл. 2.10. Расчет токов КЗ, произведен на ЭВМ, протокол расчета приведен в приложении 4.

Таблица 2.10 Токи КЗ и коэффициенты токораспределения, необходимые для расчета ДЗ

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 1.4	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
1(2)		I-1Б		21	-	-	1	1
		I-2		-	-	-	1	1
	(2.16)	I-2A-3		12	-	-	1	1
		I-3		30	-	-	0,5	0,504

Продолжение табл. 2.10

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 1.4	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
1(2)		I-2		30		1,2	0,504	0,504
						1,19	0,504	0,504
						1,19
	(2.18)	I-1Б		21	-	-	1	1
	(2.28)	I-4		21		0,393	0,57	0,568
						0,688
		I-5				0,390	0,568
						0,687
	(2.29)	I		40	-	-	0,5	0,5
	(2.30)	I-2А-4		12		1,108	0,45	0,45
						2,458
		I-2А-5				1,257	0,493
						2,546
	(2.31)	I-6-4		30		0,423	0,28	0,28
						1,505
		I-6-5				0,468	0,304
						1,539
	(2.32)	I-6-4		31		0,3059	0,305	0,28
						1,002
		I-6-5				0,317	0,314
						1,008
3(4)		I-1А		21	-	-	1	1
	(2.16)	I-2Б-4		-		0,7862	0,272	0,272
						2,87
		I-2Б-5				0,596	0,175
						3,405
	(2.18)	I-1А		21	-	-	1	1
	(2.19)	I-2		1		0,8423	0,276	0,276
						3,049
		I-5				0,6063	0,227
						2,673

Окончание табл. 2.10

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 1.4	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
3(4)	(2.28)	I-2		22		0,1926	0,278	0,278
						0,6917
		I				0,2827	0,405
						0,6965
	(2.30)	I-2Б		24		0,4626	0,142	0,142
						3,251
	(2.31)	I		1		0,5101	0,162	0,162
						3,155
	(2.33)	I		4		0,1874	-	0,455 0,103
						0,4211	0,445
						1,828	0,103

В расчёте ряда токов КЗ для выбора параметров срабатывания ДЗ ЛЭП нет необходимости, поскольку выбираются режимы, в которых коэффициент токораспределения заведомо известен и равен 1 или 0,5.

Определение переходного сопротивления дуги осуществляется по выражению:

Где - минимальный ток двухфазного КЗ;

- среднее расстояние между фазными проводами ЛЭП;

-коэффициент увеличения.

Определение переходного сопротивления дуги приведено в табл. 2.11.

Таблица 2.11 Определение переходного сопротивления дуги

Номер защиты	Номер ступени	Место и вид КЗ по рис. 2.5	Режим по табл. 1.5	Значение тока, кА	Расчет	Принятое значение, Ом
1(2)	I		I-4	1,597		2,96
			I-5	2,203
	II		I-4	1,294		7,3
			I-5	1,84
	III		I-4	0,804		59,96
			I-5	0,9506
			I-4	0,35
			I-5	0,342

Окончание табл. 2.11

Номер защиты	Номер ступени	Место и вид КЗ по рис. 2.5	Режим по табл. 1.5	Значение тока, кА	Расчет	Принятое значение, Ом
1(2)	III		I-4-6	0,2746		59,96
			I-5-6	0,2783
			I-4-6	0,3759
			I-5-6	0,4095
3(4)	I		I-3	2,781		1,7
	II		I	0,9829		9,614
	III		I	0,4366		115,46
			I-3	0,1766
			I	0,1572

Определение полного сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей осуществляется по выражению:

где - переток мощности по ЛЭП;

- номинальное напряжение сети;

-коэффициент самозапуска электродвигателей;.

Активное и реактивное сопротивления нагрузки определяются по выражениям:

где .

Для защит 1 и 2 по формуле :

Активное и реактивное сопротивления нагрузки:

Для защит 3 и 4 по формуле :

Активное и реактивное сопротивления нагрузки:

Расчёт параметров срабатывания ДЗ приведён в табл. 2.12.

Таблица 2.12 Расчет параметров срабатывания ДЗ

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчетное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
	1	I,			13,09 Ом
	2	I-1Б,
	3	I-4,	(2.7)		10,472 Ом
	4	-	(2.8)
	5	-
	6	-
	7	-	(2.11)
	8	-	(2.12)
	9	-	(2.13)
	10	-			0,7с
	11	I-2,			22,97 Ом
	12	I-2A-3,
	13	I-3,
	14	I-1Б,
	16	I-4,			18,376 Ом
	17	-
	18	-
	19	-	(2.23)
	20	-	(2.24)
	21	-	(2.25)
	22	-			6,1 с

Продолжение табл. 2.12

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчетное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
	24	I-5,			246,123 Ом
		I,
		I-2А-4,
		I-6-4,
		I-6-5,
	25	-
	26	I-4,			260,89 Ом
	27	-
	28	-
	29	-	(2.38)
	30	-	(2.39)
	31	-	(2.40)
	1	I,			13,09 Ом
	2	I-1А,
	3	I-3,	(2.7)		10,472 Ом
	4	-	(2.8)
	5	-
	6	-
	7	-	(2.11)
	8	-	(2.12)
	9	-	(2.13)
	10	-			0,7с
	12	I-2Б-4,			49,91 Ом
	14	I-1А,

Окончание табл. 2.12

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчетное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
	15	I-2,			49,91 Ом
	16	I,			39,928 Ом
	17	-
	18	-
	19	-	(2.23)
	20	-	(2.24)
	21	-	(2.25)
	23	-			5,9 с
	24	I-3,			388,67 Ом
		I-2Б,
		I,
		I,
	25	-
	26	I,			382,03 Ом
	27	-
	28	-
	29	-	(2.38)
	30	-	(2.39)
	31	-	(2.40)

2.3.3 Эффективность срабатывания Iступени при внутренних КЗ может быть оценена её защитоспособностью, равной 0,85 от длины линии. Эффективность срабатыванияIIступени при внутренних металлических КЗ оценивается коэффициентом чувствительности. С учетом назначенияIIступени чувствительность оценивается при КЗ в конце защищаемой линии.

Чувствительность IIIступени не оценивается, т.к. параметры срабатывания выбраны из условия обеспечения требуемой чувствительности.

Оценка чувствительности ДЗ приведена в табл. 2.13.

Таблица 2.13 Оценка чувствительности ДЗ по параметру срабатывания

Номер защиты	Ступень
1 (2)	II	22,97	15,4		1,25
3 (4)	II	49,91	15,4		1,25

Вторые ступени защит параллельных ЛЭП обладают требуемой чувствительностью.

Чувствительность ДЗ по току точной работы оценивается коэффициентом чувствительности:

где - первичный ток КЗ через защиту в расчетном режиме;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

I_ТР– вторичный ток точной работы.

Защита является чувствительной, если выполняется условие:

Шкаф защиты ШЭ 2607 016 имеет ток точной работы 0,1I_н, т.е. 0,5 А для шкафа

с I_н­­­=5 А.

Для второй ступени чувствительности оценивается при КЗ в конце защищаемой линии, а для третьей ступени при КЗ в зонах дальнего резервирования.

Оценка чувствительности ДЗ по току точной работы приведена в табл. 2.14.

Таблица 2.14 Оценка чувствительности ДЗ по току точной работы

Номер защиты	Номер ступени	Режим, вид и место КЗ			Примечание
1 (2)	II	I-4,	1,294
	III	I-4,	0,804
		I-5,	0,342

Окончание табл. 2.12

Номер защиты	Номер ступени	Режим, вид и место КЗ			Примечание
1 (2)	III	I-5-6,	0,2783
		I-4-6,	0,3759
3 (4)	II	I,	0,9829
	III	I-3,	0,1766
		I,	0,1572
		I,	0,4366

Выбранные уставки ДЗ для защит 1(2) и 3(4) обеспечивают требуемую чувствительность второй ступени в конце защищаемой линии и третьей ступени в конце зон дальнего резервирования по параметру срабатывания и току точной работы.

2.3.4 Необходимость блокировки от качаний определяется:

• местоположением электрического центра качаний по отношению к защищаемой зоне проектируемой защиты;

• выдержкой времени ступени ДЗ, для которой проектируется блокировка.

Блокировка первой и второй ступеней используется в том случае, если электрический центр качаний находится в пределах зоны действия соответствующей ступени защиты. Третья ступень обычно не блокируется, поскольку её выдержка времени превышает возможную в энергосистеме длительность периода качаний. Определение положения электрического центра качаний приведено в приложении 6.

В результате расчёта получилось, что электрический центр качаний попадает в зону действия IиIIступеней защит 1 (2) и 3 (4), поэтому для этих защит необходима блокировка.

Пуск блокировки при качаниях выполняется от чувствительного и грубого реле, контролирующих скорость изменения во времени векторов токов обратной DI₂ и прямойDI₁последовательностей. Уставки срабатывания БК по изменениюDI₂находятся в диапазоне от 0,04 до 1,5I_номдля чувствительного реле и от 0,06 до 2,5I_номдля грубого. Уставки срабатывания БК по изменениюDI₁находятся в диапазоне от 0,08 до 3I_номдля чувствительного реле и от 0,12 до 5I_номдля грубого.

Обоснование выбора уставок чувствительного и грубого органов, а также времени ввода и вывода первых и вторых ступеней защит приведено в табл. 2.15.

Таблица 2.15 Обоснование выбора уставок устройства блокировки при качаниях

Пара-метр сраба-тывания	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Несрабатывание в режимах без КЗ	1. Обеспечение возврата блокировки в исходное состояние после отключения внешнего КЗ
		2. По техническим возможностям терминала
	Несрабатывание в режимах без КЗ	3.Согласование с чувствительным реле тока обратной последовательности
		4. По техническим возможностям терминала
	Несрабатывание в режимах без КЗ	5.Согласование с чувствительным реле тока обратной последовательности
		6. По техническим возможностям терминала
	Несрабатывание в режимах без КЗ	6.Согласование с грубым реле тока обратной последовательности
		8. По техническим возможностям терминала
		9.Согласно заводским рекомендациям
	Несрабатывание при возникновении несимметрии в системе во время качаний	10. Отстройка от времени срабатывания резервных защит смежных элементов с учетом АПВ

Расчёт уставок БК приведён в табл. 2.16.

Таблица 2.16 Расчет уставок блокировки при качаниях

Номер защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл. 2.15	РВ по табл. 2.15	Расчёт	Принятое значение
1 (2)		1	(2.48)		0,236А
		2	(2.49)
		3	(2.50)		0,4 А
		4	(2.51)
		5	(2.52)		0,8 А
		6	(2.53)
		7	(2.54)		1,6 А
		8	(2.55)
		9	(2.56)		0,3 с
		10			6,5 с
3 (4)		1	(2.48)		0,2 А
		2	(2.49)
		3	(2.50)		0,4 А
		4	(2.51)		0,4 А
		5	(2.52)		0,8 А
		6	(2.53)
		7	(2.54)		1,6 А
		8	(2.55)
		9	(2.56)		0,3 с
		10	(2.57)		7с

Чувствительность измерительного органа обратной последовательности оценивается при двухфазном КЗ в минимальном режиме в конце защищаемой линии по выражению:

где - ток обратной последовательности при двухфазном КЗ в минимальном режиме;

- уставка чувствительного и грубого измерительных органов обратной последовательности.

Чувствительность измерительного органа прямой последовательности оценивается при трехфазном КЗ в минимальном режиме в конце защищаемой линии по выражению:

где - ток КЗ при трехфазном КЗ в минимальном режиме;

- уставка чувствительного и грубого измерительных органов прямой последовательности;

- ток предаварийного режима.

Расчёт токов прямой и обратной последовательности для оценки чувствительности блокировки приведён в приложении 4, значение токов приведено в табл. 2.17.

Таблица 2.17 Значение токов КЗ для оценки чувствительности блокировки при качаниях

Номер защиты	Место и вид КЗ по рис. 2.5	Режим по табл. 1.5	Номер узла КЗ по рис. 1.4		Обозначение тока в схеме на рис. 2.5		Значение тока прямой последовательности, кА	Значение тока обратной последовательности, кА
1 (2)		I-4	25				0,777	0,7054
							1,483	-
3 (4)		I	6				0,5513	0,5896
							1,141	-
,

Оценка чувствительности блокировки приведена в табл. 2.18.

Таблица 2.18 Оценка чувствительности измерительного органа обратной и прямой последовательности

Номер защиты	Орган	Режим, вид и место КЗ
1 (2)		I-4,	0,236	0,7054		1,3
		I-4,	0,4	0,7054		1,3
		I-4,	0,8	1,483		1,3
		I-4,	1,6	1,483		1,3
3(4)		I,	0,2	0,5896		1,3
		I,	0,4	0,5896		1,3
		I,	0,8	1,141		1,3
		I,	1,6	1,141		1,3

Из табл. 2.18 видно, что обеспечивается требуемая чувствительность блокировки в конце защищаемой линии.