Выбор релейной защиты и линейной автоматики.

Для рассматриваемого участка сети защита в составе панели ДФЗ – 201 устанавливается на линии «Пушкино – Южная» в качестве основной защиты.

Панель защитная типа ДФЗ-201 представляет собой дифференциально-фазную высокочастотную защиту, предназначенную для применения в качестве основной защиты линий электропередачи напряжением 110 – 220, кВ.

Защита является быстродействующей, действует при всех видах коротких замыканий и не реагирует на качания в системе.

В качестве резервной защиты устанавливается защита, выполненная на базе шкафа ШДЭ-2802. Шкафы типов ШДЭ-2802 предназначены для использования в качестве основной или резервной защиты линий 110 – 220, кВ, а также в качестве резервной защиты линий 330, кВ, не оборудуемых ОАПВ, на которых характер электромагнитных процессов мало отличается от таковых на линиях 220 кВ.

Расчёт ДФЗ – 201

а) расчет пусковых органов при симметричных повреждениях

Ток срабатывания реле пуска передатчика отстраивают от максимального тока нагрузки линии:

(19)

где - коэффициент запаса по избирательности;

- коэффициент возврата реле;

- наибольший ток нагрузки, принимается по длительно допустимому току линии;

- коэффициент трансформации ТТ линии.

Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирают по условиям согласования с током срабатывания реле пуска передатчика

(20)

где =1,4 – коэффициент согласования различных полукомплектов защиты.

Чувствительность токовых пусковых органов проверяют при трёхфазном КЗ в конце линии в минимальном режиме:

;

Так как чувствительность обеспечивается, то цепи пуска выполняют без дополнительных реле минимального напряжения и реле сопротивления.

б) расчёт пусковых органов при несимметричных повреждениях

Ток срабатывания фильтра – реле обратной последовательности подготовки цепи отключения отстраивают от тока небаланса в максимальном нагрузочном режиме

; (21)

где - коэффициент запаса по избирательности;

- коэффициент согласования цепей пуска передатчика и подготовки отключения различных полукомплектов защиты;

- коэффициент возврата фильтра-реле;

- приведённый к первичной цепи ток небаланса фильтра обратной последовательности ( =0,05);

- ток обратной последовательности при несимметричной нагрузке, приведённый к первичной цепи.

Вычислим ток срабатывания цепи подготовки отключения по обратной последовательности (при ):

Уставки срабатывания реле пуска передатчика выполнены соответственно вдвое меньше пускового тока отключения, т. е:

(22)

Чувствительность пускового органа по току обратной последовательности определяется для каждого вида КЗ (проверяем только при , т.к. в этом случае токи обратной последовательности минимальны)

(23)

Коэффициент чувствительности обеспечивается.

в) расчёт органа манипуляции

Выбирается коэффициент органа манипуляции из условия обеспечения преимущественного сравнения фаз токов обратной последовательности при КЗ в конце линии. Расчёт производится для худшего случая – двухфазного КЗ на землю, когда токи прямой и обратной последовательностей находятся в противофазе:

; (24)

где - коэффициент запаса;

: A;

– расчётный вторичный ток прямой последовательности, подводимый к органу манипуляции;

: A;

А , - расчётный вторичный ток обратной последовательности, подводимый к органу манипуляции.

Для панели ДФЗ – 201 коэффициент органа манипуляции может быть выполнен равным 4, 6, 8, что соответствует минимальному току надёжной манипуляции (по прямой последовательности), равному 1,1; 1,6; 2,0 А, и углу блокировки 45, 52, 60 град.

Проверяется обеспечение надёжной манипуляции по минимальному току на входе фильтра при симметричных и несимметричных КЗ:

а) при несимметричном КЗ расчётным является случай двухфазного КЗ на землю в конце защищаемой линии

; (25)

А;

б) при симметричных КЗ расчётным является замыкание в начале линии, когда погрешность трансформаторов тока наибольшая:

(26)

где - вторичный ток трехфазного КЗ, подводимого к входу фильтра органа манипуляции;

– приведенная абсолютная погрешность фильтра органа манипуляции по току прямой последовательности;

– приведенный ток небаланса обратной последовательности, обусловленной погрешностью ТТ ( );

(27)

A;

А;

Расчёт ТО

а) определение тока срабатывания

Ток срабатывания ТО определим по условию отстройки при симметричном КЗ на шинах противоположной подстанции:

(28)

б) определение коэффициента чувствительности

Коэффициент чувствительности проверяем при междуфазном замыкании вблизи места установки защиты в минимальном режиме.

(29)

,

Токовая отсечка не удовлетворяет условию чувствительности. Следовательно, можно сделать вывод о неэффективности применения токовой отсечки от близких междуфазных КЗ.

Расчёт дистанционной защиты

а) первая ступень защиты

Характеристика срабатывания первой ступени имеет форму окружности, проходящей через начало координат.

Сопротивление срабатывания определяется:

(30)

где k_отс=1,15 – коэффициент отстройки, учитывающий погрешности измерительных трансформаторов и необходимый запас;

Рассчитаем сопротивление срабатывания реле (приведём полученное значение к вторичной стороне).

(31)

где и - коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов;

б) вторая ступень защиты

Сопротивление срабатывания второй ступени определяется по условию отстройки от КЗ на стороне низшего напряжения трансформатора подстанции «Южная».

, (32)

где – минимально возможное сопротивление параллельно работающих трансформаторов;

– коэффициент токораспределения, равный отношению первичного тока в месте установки защиты к току параллельной линии;

– отношение синусов угла расчетного сопротивления и угла максимальной чувствительности;

Чувствительность защиты проверяется при металлическом КЗ в конце защищаемой линии.

(33)

где - максимальное первичное сопротивление в месте установки защиты при металлическом КЗ в конце защищаемой линии (на линиях с односторонним и двухсторонним питанием );

Выдержка времени второй ступени:

(34)

где = 0,1 с – максимальное время действия быстродействующих защит следующего участка или защит трансформаторов отпаек;

∆t = 0.3-0.5 с – ступень селективности;

в) третья ступень защиты

Первичное сопротивление срабатывания третьей ступени выбирается по условию отстройки от Z_{наг. расч} по выражению:

(35)

где k_отс=1,15;

k_в=1,2 – коэффициент возврата реле сопротивления;

Проверяем чувствительность:

(36)

Расчёт НТЗНП

В шкафу ШДЭ 2802 используется 4-х ступенчатая НТЗНП. Выполним расчёт.

а) первая ступень защиты

Ток срабатывания определяется по двум условиям:

2. отстройки от тока замыкания в конце линии

, (37)

где k_отс=1,31,5 – коэффициент отстройки;

2) отстройки от утроенного тока нулевой последовательности при неодновременном включении фаз выключателя:

, (38)

Ток срабатывания определяем по первому условию, так как считаем, что выключатели с трехфазным приводом управления.

А;

Чувствительность проверяем при однофазном замыкании на землю в начале линии

(39)

б) вторая ступень защиты

Ток срабатывания II ступени определяется из условий:

1. отстраивается от тока в линии при замыкании на землю на смежном участке в конце защищаемой зоны I ступени защиты:

, (40)

2. отстройки от утроенного тока нулевой последовательности в защите в неполнофазном режиме в цикле ОАПВ.

Расчёт выполним по условию обеспечения коэффициента чувствительности при металлическом однофазном КЗ в конце защищаемой линии.

Время срабатывания определяется из условия отстройки от времени срабатывания быстродействующих защит смежного элемента.

, (41)

где t_быстр=0.1 c;

Δt=0.5 c – ступень селективности.

в) третья ступень защиты

Применяется в случаях неудовлетворительной чувствительности второй ступени.

г) четвёртая ступень защиты

Ток срабатывания отстраивается от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при трехфазных КЗ за трансформаторами отпаек:

, (42)

где k_отс=1.25;

k_пер=2 при t_с.р^IV=0.1с и k_пер=1 при t_с.з^IV≥0.6с – учитывает увеличение тока небаланса в переходном режиме;

k_нб=0.05 при I_расч=(2..3) I_ном.Т – коэффициент небаланса, зависящий от кратности расчетного тока к номинальному току ТТ.

.

Чувствительность проверяем при однофазном КЗ в конце зоны резервирования (т.е. за трансформатором):

(43)

k_ч =3I_{о мин} / I^IV_{ос. з} = 186,83/35,74 =5,23 > 2.

Время срабатывания определяется из условия отстройки от t_с.з последних ступеней защиты трансформатора:

, (44)

Расчёт защит трансформаторов отпаек

Мощности трансформаторов отпаек отличаются незначительно, поэтому для них использованы однотипные защиты. Рассмотрим защиту трансформатора подстанции «Южная». Тип трансформатора ТДН – 16000/110.

В качестве основной защиты применим дифференциальную токовую, выполненную на реле ДЗТ – 11. В качестве резервной максимальная токовая защита с пуском по напряжению, выполненная на реле РТ – 40.

а) расчёт дифференциальной защиты

А;

Намечаем ТТ:

Ток трёхфазного КЗ за трансформатором равен 571,85, А.

Определим вторичные номинальные токи в плечах защиты:

, А;

А;

Тогда ток небаланса

За основную выбираем сторону НН трансформатора. Определим токи срабатывания защит по условию отстройки от броска намагничивающего тока.

Для этого случая число витков рабочей обмотки

Принимаем меньшее ближайшее целое .

Для высшей стороны:

Принимаем меньшее ближайшее число витков .

Определим коэффициент торможения:

(45)

Определяем число витков тормозной обмотки

Принимаем большее ближайшее число витков

Тогда окончательно имеем

Чувствительность проверяем при междуфазном замыкании на стороне НН.

(46)

б) расчёт МТЗ с пуском по напряжению

Определим ток срабатывания:

(47)

где - коэффициент схемы;

- коэффициент отстройки;

- коэффициент возврата;

Уставка реле минимального напряжения:

Чувствительность проверяем при междуфазном КЗ за трансформатором

(48)

Время срабатывания выбираем на ступень селективности больше времени срабатывания защит смежных элементов:

.

Схема действия УРОВ

В панели ШДЭ 2802 реле УРОВ имеет два пусковых органа:

• реле тока, включаемое на токи трёх фаз;

• пусковой орган срабатывания защит шкафа.

Срабатывание УРОВ происходит при срабатывании обоих пусковых органов с выдержкой времени:

;

где t_откл.в– время отключения выключателя;

t_воз.з– время возврата защит;

t_ош.рв – ошибка реле времени;

t_зап– время запроса

Выбор линейной автоматики

Поскольку линия имеет источники энергии только с одной стороны, то можно применять простое трёхфазно АПВ без контроля синхронизма и напряжения на линии. АПВ выполняем на реле РПВ-58, которое срабатывает при несоответствия положения ключа управления выключателя и его блок-контактов (РПО). Реле обеспечивает однократное АПВ. Время срабатывания АПВ выбирается большим из условий:

где - время готовности привода выключателя;

t_вкл.в – время включения выключателя;

t_д.с – время деионизации среды;

t_д.с=0.15..0.2 c – для ВЛ 110кВ;

t_зап=0.3..0.4 c – время запаса.

Таким образом t_с.а=0,65, с.

Другие виды линейной автоматики не рассматриваем, поскольку данная линия не влияет а нарушение статической и динамической устойчивости энергосистемы.