Размещено на http://www.allbest.ru/

Релейная защита подстанции



1. Общие сведение о релейной защите подстанции

релейный защита трансформатор

Для автотрансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

2) однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

3) витковых замыканий в обмотках;

4) токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

5) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) понижения уровня масла;

7) однофазных замыканий на землю в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью.

Основные защиты реагируют на все виды повреждений АТ и действуют на отключение выключателей со всех сторон без выдержки времени.

Продольная дифференциальная токовая защита.

Продольная дифференциальная токовая защита предназначена для защиты от всех видов КЗ в обмотках АТ и на выводах, включая витковые замыкания в обмотках.

Продольная дифференциальная токовая защита должна действовать:

- на отключение всех выключателей АТ без выдержки времени.

Продольная дифференциальная токовая защита должна осуществляться с применением специальных реле тока, отстроенных, от бросков тока намагничивания, переходных и установившихся токов небаланса (например, насыщающиеся трансформаторы тока, тормозные обмотки).

Продольная дифференциальная защита должна быть выполнена так, чтобы в зону ее действия входили соединения АТ со сборными шинами.

Газовая защита.

Газовая защита предназначена от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла.

Газовая защита должна действовать:

- на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла;

- на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

Реле устанавливается в расширительной трубе АТ.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению предназначена для защиты от многофазных КЗ на шинах НН, а также для резервирования отключения повреждений на элементах, присоединенных к этим шинам.

Защита выполняется с двумя выдержками времени и действует последовательно

- на отключение выключателя НН;

- на выходные промежуточные реле защиты АТ.

Резервные защиты резервируют основные защиты и реагируют на внешние КЗ, действуя на отключение выключателей с выдержкой времени.

Токовая защита обратной последовательности.

Токовая защита обратной последовательности предназначена для резервирования отключения несимметричных внешних КЗ на сторонах ВН и СН, а также для резервирования основных защит АТ.

Защита устанавливается на стороне ВН и выполняется направленной в сторону сети ВН и ненаправленной в сторону сети СН. Такое выполнение предполагает наличие меньших, чем в сети СН, выдержек времени у защит линий в сети ВН.

Защиты выполняются с тремя выдержками времени и действуют последовательно:

- на отключение секционного или шиносоединительного выключатели ВН (СН);

- на отключение выключателя своей стороны;

- на выходные промежуточные реле защиты АТ.

Максимальная токовая защита с пуском по напряжению.

Максимальная токовая защита с пуском по напряжению предназначена для защиты от внешних симметричных КЗ. Она является дополнительной к токовой защите обратной последовательности.

Выдержка времени выбирается из условия согласования с наиболее чувствительными ступенями защит от многофазных КЗ предыдущих элементов.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению дополнительно устанавливается на стороне НН АТ, так как токовая защита обратной последовательности имеет недостаточную чувствительность к КЗ на стороне НН и предназначена для защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными КЗ на НН АТ.

Максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению должна действовать:

- на выходные промежуточные реле защит АТ.

Токовая защита нулевой последовательности от внешних КЗ на землю.

Токовая защита нулевой последовательности от внешних КЗ на землю предназначена для резервирования отключения внешних КЗ.

Защиты устанавливаются на сторонах ВН и СН. Обе защиты могут быть направленными с числом ступеней до трех, что определяется условиями их согласования с аналогичными защитами линий в сетях ВН и СН.

Защиты выполняются с тремя выдержками времени и действуют последовательно:

- на отключение секционного или шиносоединительного выключатели ВН (СН);

- на отключение выключателя своей стороны;

- на выходные промежуточные реле защиты АТ.

Защиты от ненормальных режимов - это защиты, действующие на сигнал.

Максимальная токовая защита в однофазном исполнении.

МТЗ предназначена для защиты от симметричных перегрузок для подачи сигнала дежурному персоналу о перегрузке АТ.

Защита устанавливается на сторонах ВН, СН и со стороны выводов обмоток АТ к нейтрали.

Максимальная защита напряжения нулевой последовательности.

Максимальная защита напряжения нулевой последовательности предназначена от замыканий на землю на стороне низшего напряжения, работающей с изолированной нейтралью.

Перечень защит линии устанавливаемых в сети напряжением 10 кВ с изолированной нейтралью.

Для линий в сети 10 кВ с изолированной нейтралью, должны быть предусмотрены следующие устройства релейной защиты от:

1) многофазных замыканий;

2) однофазных замыканий на землю.

Защита от многофазных замыканий.

Защита от многофазных замыканий выполняется в двухфазном исполнении и включается в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю, только одного места повреждения.

Защита выполняется одно-, двух- или трехрелейной в зависимости от требований чувствительности и надежности.

Защита от многофазных замыканий выполнена в виде двухступенчатой токовой защиты:

- первая ступень в виде токовой отсечки;

- вторая ступень в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

Токовая отсечка выполняется без выдержки времени и зона ее действия определяется из условия отключения КЗ, по условию остаточного напряжения на шинах подстанции ниже

0,5 - 0,6 номинального. Для выполнения указанного условия допускается выполнять защиту неселективной в сочетании с устройствами АПВ или АВР, исправляющими полностью или частично неселективное действие защиты.

Если ненаправленная или направленная токовая ступенчатая защита не обеспечивает требуемых быстродействия и селективности, допускается предусматривать следующие защиты:

1) дистанционную защиту в простейшем исполнении;

2) поперечную дифференциальную токовую защиту (для сдвоенных кабельных линий);

3) продольную дифференциальную токовую защиту для коротких участков линий.

Защита от однофазных замыканий на землю.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена в виде:

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на сигнал;

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности; защита должна быть установлена на питающих элементах во всей электрически связанной сети;

- устройства контроля изоляции; при этом отыскание поврежденного элемента должно осуществляться специальными устройствами; допускается отыскание поврежденного элемента поочередным отключением присоединений.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена, как правило, с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности. Защита в первую очередь должна реагировать на установившиеся замыкания на землю; допускается также применение устройств, регистрирующих кратковременные замыкания, без обеспечения повторности действия.

Защита от однофазных замыканий на землю, действующая на отключение без выдержки времени по требованиям безопасности, должна отключать только элемент, питающий поврежденный участок; при этом в качестве резервной должна быть предусмотрена защита, выполняемая в виде защиты нулевой последовательности с выдержкой времени около 0,5 с, действующая на отключение всей электрически связанной сети - системы (секции) шин или питающего трансформатора.

Перечень защит линии устанавливаемых в сети напряжением 110-220 кВ с эффективно заземленной нейтралью.

Для линий 110 - 220 кВ с эффективно заземленной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от:

1) многофазных коротких замыканий;

2) коротких замыканий на землю.

Для линий 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 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 0,6 -- 0,7 Uном, отключаются без выдержки времени. Меньшее значение остаточного напряжения (0,6 Uном) может быть допущено для линий 110 кВ, а также для более ответственных линий 220 кВ в случаях, когда рассматриваемое КЗ не приводит к значительному сбросу нагрузки.

При выборе типа защит, устанавливаемых на линиях 110--220 кВ, кроме требования сохранения устойчивости работы энергосистемы должно быть учтено следующее:

- на линиях 110 кВ и выше, отходящих от АЭС, а также на всех элементах прилегающей сети, на которых при многофазных КЗ остаточное напряжение прямой последовательности на стороне высшего напряжения блоков АЭС может снижаться более чем до 0,45 номинального, следует обеспечивать резервирование быстродействующих защит с выдержкой времени, не превышающей 1,5 с с учетом действия УРОВ.

- повреждения, отключение которых с выдержкой времени может привести к нарушению работы ответственных потребителей, должны отключаться без выдержки времени (например, повреждения, при которых остаточное напряжение на шинах электростанций и подстанций будет ниже 0,6 Uном если отключение их с выдержкой времени может привести к саморазгрузке вследствие лавины напряжения, или повреждения с остаточным напряжением 0,6 Uном и более, если отключение их с выдержкой времени может привести к нарушению технологии).

- при необходимости осуществления быстродействующего АПВ на линии должна быть установлена быстродействующая защита, обеспечивающая отключение поврежденной линии без выдержки времени с обеих сторон.

- при отключении с выдержкой времени повреждений с токами, в несколько раз превосходящими номинальный, возможен недопустимый перегрев проводников.

Допускается применение быстродействующих защит в сложных сетях и при отсутствии изложенных выше условий, если это необходимо для обеспечения селективности.

Линии 110-220 кВ.

Ступенчатая дистанционная защита.

Ступенчатая дистанционная защита предназначена для защиты от многофазных замыканий. В качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Дистанционная защита реагирует на уменьшение сопротивления защищаемой сети.

- первая ступень защищает 80-90% длины линии и работает без выдержки времени.

- вторая ступень защищает всю длину линии и работает с выдержкой времени.

- третья ступень является резервной, она защищает свою линию и смежную и работает с выдержкой времени.

На приемном конце двух параллельных линий с односторонним питанием, как правило, должна быть предусмотрена поперечная дифференциальная направленная защита.

Ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности.

Ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности предназначена для защиты от замыканий на землю в сетях с заземленной нейтралью.

Защита устанавливается со стороны питания.

С целью повышения чувствительности защиты нулевой последовательности допускается предусматривать выведение из работы отдельных ее ступеней при отключении выключателя параллельной линии.

- первая ступень выполнена с помощью токовой отсечки без выдержки времени и реле направления мощности, она предназначена для отключения КЗ в начале линии.

- вторая ступень выполнена с помощью токовой отсечки с выдержкой времени и предназначена для защиты от КЗ всей линии.

- третья ступень предназначена для резервирования ЛЭП, отходящих от шин противоположной подстанции, выполнена с помощью МТЗ с выдержкой времени.

- четвертая ступень предназначена для резервирования РЗ следующего участка с наибольшим коэффициентом чувствительности, выполнено с помощью МТЗ с выдержкой времени.

Перечень защит шин.

В качестве защиты сборных шин подстанции 220 и 110 кВ устанавливаем дифференциальную токовую защиту без выдержки времени, охватывающую все элементы, которые присоединены к системе или секции шин. Защита осуществляться с применением специальных реле тока, отстроенных от переходных и установившихся токов небаланса (реле, включенных через насыщающиеся трансформаторы тока, реле с торможением).

В защите шин 220 и 110 кВ предусмотрено возможность изменения фиксации при переводе присоединения с одной системы шин на другую на рядах зажимов. Дифференциальная защита, выполнена с устройством контроля исправности вторичных цепей задействованных трансформаторов тока, действующим с выдержкой времени на вывод защиты из работы и на сигнал.

Ликвидация КЗ на двойной секционированной системе шин 10 кВ осуществляется действием защит трансформаторов от внешних КЗ и защит, установленных на секционном или шиносоединительном выключателе. В целях повышения чувствительности и ускорения действия защиты шин подстанции применяем защиту, включенную на сумму токов питающих элементов.

Защиту шин следует выполнять так, чтобы при опробовании поврежденной системы или секции шин обеспечивалось селективное отключение системы (секции) без выдержки времени. Все сведения о релейной защите приведенные выше, были взяты из ПУЭ.



2. Расчет дистанционной защиты сети 220кВ

Дистанционная защита - это направленная защита с относительной селективностью, реагирующая на изменение сопротивления.

2.1Определение сопротивлений систем:

2.2 Определение сопротивлений линий на стороне ВН

Линия L1

Линия L2

Линия L3

2.3 Определения сопротивления трансформатора

регулирование на стороне ВН 12%



Рис.2.1. Исходная схема сети.

2.4 Расчет первой ступеней ДЗ

-защита от КЗ на защищаемом участке.

- время срабатывания 1-ых ступеней защит.

Сопротивления срабатывания защит.

2.5 Расчет второй ступеней ДЗ

-защита конца линии и шин приемной подстанции, резервирование отказа 1ой ступени.

- время срабатывания 2-ых ступеней защит.

Защита №1.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №3.

,

где - коэффициент токораспределения линии.

Отстройка от КЗ на шинах трансформатора СН.

1) В режиме L2 отключена.

,

где - коэффициент токораспределения трансформатора.

2) В режиме L2 в работе.

, следовательно, будет больше чем при отключенной L2, а нам необходимо найти минимальное сопротивление.

Оценка чувствительности.

Защита №2.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №6.

,

где - коэффициент токораспределения линии.

Оценка чувствительности.

Защита №3.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №5.

,

где - коэффициент токораспределения линии.

Оценка чувствительности.



Защита №4.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №2.

,

где - коэффициент токораспределения линии.

Отстройка от КЗ на шинах трансформатора СН.

1) В режиме L2 отключена.

,

где - коэффициент токораспределения трансформатора.

2) В режиме L2 в работе.

следовательно, будет больше чем при отключенной L2, а нам необходимо найти минимальное сопротивление.

Оценка чувствительности.

Защита №5.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №1.



,

где - коэффициент токораспределения линии.

Оценка чувствительности.

Защита №6.

Отстройка от КЗ в конце зоны действия 1-ой ступени защиты №4.

,

где - коэффициент токораспределения линии.

Оценка чувствительности.

2.6 Расчет третей ступеней ДЗ

-обеспечивает ближнее и дальнее резервирование (отказы защит и выключателей смежных участков).

Все защиты отстраиваем от нагрузки по углу.

, где это угол наклона правой боковой стороны характеристики срабатывания реле сопротивления третей ступени.

Так как все защиты отстроены от нагрузки по углу, то сопротивление срабатывания защит определяем по коэффициенту чувствительности

Защита №1.

1) Рассмотрим КЗ на шинах ЭС2 в конце линии L2 (на шинах ЭС2) рис2.2. Считаем, что линия L3 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.

2)

Рис.2.2.

Определим максимальное сопротивление до места КЗ.

3) Рассмотрим КЗ на шинах СН трансформатора рис 2.3. Считаем, что линия L3 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.

Рис.2.3.



Определим коэффициент токораспределения.

Определим максимальное сопротивление до места КЗ.

Принимаем

Защита №2.

Рассмотрим КЗ на шинах ЭС2 при КЗ в конце линии L3 (на шинах ЭС2) рис 2.4.

Рис.2.4.

1) Если в работе находятся все линии, то при коротком замыкании ток от ЭС1 будет протекать от ЭС1 через линию L3 и линии L1 и L2. Так как на защите установлен орган направления мощности, то 3-яя ступень защиты 2 не будет реагировать на данное КЗ.

2) Если в работе линии L3 и L1, а линия L2 отключена, то ток через линию L1 при КЗ протекать не будет, и значит, 3-яя ступень защиты 2 так же не сработает.

Следовательно, 3-юю ступень защиты 2 невозможно отстроить. В качестве резерва будут применяться защиты установленные в ЭС1 и ЭС2.

Защита №3.

Рассмотрим КЗ на шинах ЭС1 при КЗ в конце линии L3 (на шинах ЭС1) рис 2.5.

Рис.2.5.

1) Если в работе находятся все линии, то при коротком замыкании ток от ЭС2 будет протекать от ЭС2 через линию L3 и линии L2 и L1. Так как на защите установлен орган направления мощности, то 3-я ступень защиты 3 не будет реагировать на данное КЗ.

2) Если в работе линии L3 и L2, а линия L1 отключена, то ток через линию L2 при КЗ протекать не будет, и значит, 3-я ступень защиты 3 так же не сработает. Следовательно, 3-юю ступень защиты 3 невозможно отстроить. В качестве резерва будут применяться защиты установленные в ЭС1 и ЭС2.

Защита №4.

1) Рассмотрим КЗ на шинах ЭС1 в конце линии L1 (на шинах ЭС1) рис 2.6. Считаем, что линия L3 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.



Рис.2.6.

Определим максимальное сопротивление до места КЗ.

2) Рассмотрим КЗ на шинах СН трансформатора рис 2.7. Считаем, что линия L3 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.

Рис.2.7.



Определим коэффициент токораспределения.

Определим максимальное сопротивление до места КЗ.

Принимаем

Защита №5.

Рассмотрим КЗ в конце линии L1 (на шинах ПС) рис 2.8. Считаем, что линия L2 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.

Рис.2.8.

Определим коэффициент токораспределения.



Определим максимальное сопротивление до места КЗ.

Защита №6.

Рассмотрим КЗ в конце линии L1 (на шинах ПС) рис 2.9. Считаем, что линия L1 отключена, для того что бы определить максимальное сопротивления до места КЗ.

Рис.2.9.

Определим коэффициент токораспределения.

Определим максимальное сопротивление до места КЗ.



Выбор времени срабатывания производится по встречно-ступенчатому принципу.

2.7 Определение сопротивления срабатывания реле

2.8 Оценка остаточного напряжения на шинах ЭС1, ЭС2 и на шинах ВН подстанции

Оценка остаточного напряжения необходима для того, чтобы определить возможность установки ДЗ как основной (если ), либо в противном случае ДЗ будет установлена как резервная (если ), а в качестве основной будет установлена дифференциальная защита.

1) Пусть на линии L1, на расстоянии 0.9*L1 от подстанции произошло трехфазное короткое замыкание. Со стороны ЭС1 сработает 1-ая ступень защиты №1 и отключит линию со стороны ЭС1, но короткое замыкание будет подпитываться со стороны ЭС2 через линию L2. 1-ая ступень защиты №2 не сработает, так как точка КЗ находится вне зоны действия ступени. Необходимо проверить, будет ли система устойчива, если КЗ будет отключено 2-ой ступенью защиты №2, которая имеет выдержку времени 0,5 с. Для определения минимального остаточного напряжения на шинах подстанции, необходимо рассмотреть случай, когда L3 отключена.

Рис.2.10.Схема замещения.

Следовательно, ДЗ на линии L1 должна быть установлена как резервная, а в качестве основной будет установлена дифференциальная защита.

2) Пусть на линии L2, на расстоянии 0.9*L2 от подстанции произошло трехфазное короткое замыкание. Со стороны ЭС2 сработает 1-ая ступень защиты №4 и отключит линию со стороны ЭС2, но короткое замыкание будет подпитываться со стороны ЭС1 через линию L1. 1-ая ступень защиты №3 не сработает, так как точка КЗ находится вне зоны действия ступени. Необходимо проверить, будет ли система устойчива, если КЗ будет отключено 2-ой ступенью защиты №3, которая имеет выдержку времени 0,5 с. Для определения минимального остаточного напряжения на шинах подстанции, необходимо рассмотреть случай, когда L3 отключена.

Рис.2.11.Схема замещения.



Следовательно, ДЗ на линии L2 должна быть установлена как резервная, а в качестве основной будет установлена дифференциальная защита.

3) Пусть на линии L3, на расстоянии 0.9*L3 от ЭС1 произошло трехфазное короткое замыкание. Со стороны ЭС2 сработает 1-ая ступень защиты №5 и отключит линию со стороны ЭС2, но короткое замыкание будет подпитываться со стороны ЭС1. 1-ая ступень защиты №6 не сработает, так как точка КЗ находится вне зоны действия ступени. Необходимо проверить, будет ли система устойчива, если КЗ будет отключено 2-ой ступенью защиты №6, которая имеет выдержку времени 0,5 с. Для определения минимального остаточного напряжения на шинах ЭС1, необходимо рассмотреть случай, когда L1 отключена.

Рис.2.12.Схема замещения.

4) Пусть на линии L3, на расстоянии 0.9*L3 от ЭС2 произошло трехфазное короткое замыкание. Со стороны ЭС1 сработает 1-ая ступень защиты №6 и отключит линию со стороны ЭС1, но короткое замыкание будет подпитываться со стороны ЭС2. 1-ая ступень защиты №5 не сработает, так как точка КЗ находится вне зоны действия ступени. Необходимо проверить, будет ли система устойчива, если КЗ будет отключено 2-ой ступенью защиты №5, которая имеет выдержку времени 0,5 с. Для определения минимального остаточного напряжения на шинах ЭС2, необходимо рассмотреть случай, когда L2 отключена.



Рис.2.13.Схема замещения.

Следовательно, ДЗ на линии L3 можно установить как резервную.

Размещено на Allbest.ru

...