Актуальные подходы к реализации ближнего резервирования автотрансформаторов и линий 110-220 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Актуальные подходы к реализации ближнего резервирования автотрансформаторов и линий 110-220 кВ

Н.С. Соколов

Филиал АО «СО ЕЭС» РДУ Татарстана

Казань, Россия

Аннотация

Отказы защит при отключении короткого замыкания могут вызвать крупные аварии, приводящие к разделению энергосистемы, нарушению устойчивости, действиям противоаварийной автоматики и долгим перерывам в электроснабжении потребителей, избежать которые позволяет осуществление дальнего и ближнего резервирования защит линий и автотрансформаторов.

При междуфазном КЗ на стороне НН АТ и отказе защит АТ, защиты от междуфазных КЗ сторон ВН и СН АТ могут оказаться нечувствительными и не отключить поврежденный элемент. В этих случаях эффективным решением является ближнее резервирование РЗ стороны НН АТ 220 (500) кВ, которое обеспечивается установкой защиты ближнего резервирования (ЗБР), включенной на токи общих (нейтральных) выводов обмоток АТ (косвенно на сумму токов ВН и СН АТ). При отказе РЗ стороны НН АТ данная защита действует на отключение всего АТ.

Исходя из этого изучены различные варианты ближнего резервирования, произведен расчет уставок резервных защит линий, АТ и ЗБР НН АТ. В работе показаны причины нечувствительности защит от междуфазных КЗ линий и резервных защит АТ. Проанализирован спектр вопросов, касающихся ближнего резервирования защит, предложены меры по повышению надежности отключения КЗ.

Ключевые слова - ближнее резервирование, дальнее резервирование, чувствительность, резервные защиты.

Annotation

Actual approaches to the implementation of the middle reservation of autotransformers and lines 110-220 kV

N.S.Sokolov

The branch «SO UPS», JSC RDM of Tatarstan

Kazan, Russia

Failure of protection in the event of a short circuit can cause major accidents resulting in power system separation, instability, emergency response and long interruptions in the power supply of consumers, avoided by long and short-range protection of line and autotransformer protection.

In the case of phase-to-phase faults on the side of the LV AT and the failure of AT protection, the protection against phase-to-phase faults of the sides of the HN and AH ATs may prove insensitive and do not disable the damaged element. In these cases, an effective solution is the short-range backup of the LV side of the AT 220 (500) kV, which is provided by setting the short-range protection (SRP) on the currents of the common (neutral) terminals of the AT windings (indirectly on the sum of the HV and CH-AT currents). In the event of failure of the RH side of the LV AT, this protection acts to disconnect the entire AT.

Study of various short-range backup options. Calculation of the settings of standby line protection, AT and SRP LV AT. Study of various short-range backup options. The paper shows the reasons for insensitivity of protections between phase-to-phase short-circuit lines to and backup AT protections and various methods of near-redundant protection are considered. The range of issues relating to short-range protection is analyzed, and measures are proposed to increase the reliability of the short-circuit breaking.

Key words - short-range redundancy, long-range redundancy, sensitivity, backup protection

Надежное функционирование электроэнергетической системы возможно только при наличии устройств релейной защиты. Отказ релейной защиты в отключении оборудования при коротких замыканиях является наиболее опасным нарушением, приводящим к обесточиванию потребителей, повреждению силового оборудования и устройств вторичной коммутации. Избежать или значительно уменьшить последствия подобных событий позволяют системы дальнего и ближнего резервирования релейной защиты.

Осуществление дальнего и ближнего резервирования релейной защиты линий электропередачи и трансформаторов относятся к наиболее сложным решениям.

Дальнее резервирование не зависит от системы оперативного тока на объекте с отказавшими защитами. В настоящее время широкое распространение на тупиковых линиях напряжением 110 кВ получили специальные защиты дальнего резервирования (ЗДР) для отключения междуфазных КЗ за трансформаторами. ЗДР основана на дистанционном принципе с подключением на фазные величины тока и напряжения для одинаковой чувствительности при различных видах КЗ и лучшей отстройки от нагрузки. [5] Защита по своему принципу действия работает не селективно и с большими выдержками времени отключает поврежденный элемент, что в некоторых случаях недопустимо.

Стоит отметить, что в отличие от тупиковых линий на транзитных линиях 110-220 кВ применение ЗДР от КЗ на НН трансформаторов в настоящее время существенно ограничено. Такая защита требует индивидуальной настройки под определенную линию, учитывающую разные сопротивления трансформаторов на отпаечных ПС, а также подпитку КЗ от нескольких источников. Подпитка КЗ от нескольких источников увеличивает замер дистанционного органа (ДО). Учет увеличившегося замера ДО приводит к увеличению характеристики срабатывания, что ухудшает отстройку от нагрузки.

Таким образом наиболее эффективным методом резервирования КЗ является ближнее резервирование с установкой дополнительного комплекта защит и разделением по цепям постоянного и переменного оперативного тока.

Ближнее резервирование защит линий

Наиболее эффективными методами ближнего резервирования являются:

· Установка двух панелей (шкафов) основной защиты, которые будут резервировать друг друга [1], [2]

· Использование обратнозависимых ступеней дистанционной защиты (ДЗ), при условии включения их на фазные величины, для резервирования КЗ за трансформатором.

Данный вариант подразумевает использование комплекта ступенчатых защит КСЗ исключительно для отключения КЗ за трансформаторами, поэтому для защиты линии необходимо применение другого КСЗ, который есть в шкафах основной защиты (например, ШЭ2607 093 НПП «ЭКРА» и др.) или использование еще одного КСЗ.

Предложенная мера актуальна прежде всего по причине того, что применение защит дальнего резервирования для отключения КЗ за трансформаторами на транзитных линиях 110-220 кВ в настоящее время ограничено.

· Разделение цепей оперативного постоянного тока защит и выделение их питания на отдельные автоматические выключатели.

Общий отказ постоянного тока на ПС возможен при повреждении на шинах аккумуляторной батареи или на отходящих от этих шин присоединениях, либо при неудовлетворительном обслуживании аккумуляторной батареи (АБ). Прежде всего следует рассматривать случай неселективного отключения головного автоматического выключателя, питающего шинки щита управления, когда КЗ возникает в защите присоединения и происходит отказ срабатывания автоматического выключателя, который непосредственно питает цепи этой защиты. При неудовлетворительном дальнем резервировании следует предусматривать разделение цепей на разные группы таким образом, чтобы основная и резервная защита питались от АБ по постоянному оперативному току через разные головные автоматические выключатели. [2] Дублирование аккумуляторной батареи, как правило, не применяется.

· Включение основных и резервных защит на разные обмотки трансформаторов тока (ТТ)

Защита ближнего резервирования АТ (ЗБР АТ)

Система дальнего резервирования междуфазных КЗ на стороне НН АТ 220-500 кВ действующей РЗ в голове питающих линий бывает неэффективна. Кроме того, при междуфазных КЗ на стороне НН АТ защиты от междуфазных КЗ сторон ВН и СН АТ могут оказаться нечувствительными и не отключить поврежденный элемент [3]. При этом имеется необходимость обеспечить резервирование отключения междуфазных повреждений на стороне НН АТ в случаях:

· При отказе РЗ, установленной на стороне НН АТ

· При отказе основной дифференциальной токовой защиты АТ (ДЗАТ)

Самым оптимальным решением является включение резервных защит АТ от междуфазных КЗ на сумму токов сторон ВН и СН АТ (Рис.2). При надежной отстройке от токов нагрузки МТЗ выполняется на базе КЗ-13 с блокировкой по напряжению от трансформатора напряжения (ТН) НН АТ, что позволяет считать данную защиту простой и дешевой. При КЗ на стороне НН АТ и отказе РЗ на стороне НН АТ данная защита является резервной к МТЗ на стороне НН АТ и к ДЗАТ при КЗ на стороне НН.

Как показано на рис.1 при КЗ на стороне ВН (СН) ток в общей обмотке будет равен разности токов, протекающих по сторонам СН и ВН АТ: Iо=Iс-Iв

Но при КЗ на НН АТ ток в общей обмотке будет равен сумме токов, протекающих по сторонам СН и ВН АТ: Iо=Iс+Iв [6]. Соответственно включение резервных защит АТ на сумму токов ВН и СН позволит надежно отключать КЗ на стороне НН.

Основными условиями выбора уставки по току являются надежная отстройка защиты ближнего резервирования от нагрузки и обеспечение необходимой чувствительности в зоне резервирования к междуфазным КЗ на стороне НН АТ в минимальном режиме. Защита также должна быть согласована с защитами прилегающей сети. [4]

По условию отстройки от максимального тока нагрузки при перетоке мощности от сети ВН в сеть СН (полная загрузка AT (100%)), замеренного в общей обмотке AT:

(1)

где К_отс - коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, может быть принят равным 1,2;

К_в - коэффициент возврата реле, может быть принят равным 0,8.

По условию чувствительности к двухфазным КЗ на стороне НН AT в минимальном режиме работы энергосистемы:

, (2)

где и первичное значение тока сторон ВН и СН АТ при двухфазном КЗ на стороне НН AT в минимальном режиме работы энергосистемы;

К_ч =1,5 - коэффициент чувствительности.

3. По условию согласования с МТЗ НН защищаемого АТ

, (3)

где К_отс = 1,1 - коэффициент отстройки;

К_ток - коэффициент токораспределения, равный отношению тока в защите к току в смежном элементе, с защитой которого производится согласование;

- ток срабатывания МТЗ НН защищаемого АТ, с которой производится согласование, А.

4. По условию согласования с МТЗ ВН защищаемого АТ

,(4)

Где К_отс = 1,1 - коэффициент отстройки;

К_ток - коэффициент токораспределения, равный

отношению тока в защите к току в смежном элементе, с защитой которого производится согласование;

- ток срабатывания МТЗ ВН защищаемого АТ, с которой производится согласование, А.

,

где , -ток срабатывания приведённый к напряжению ВН, СН АТ;

, - номинальные напряжения АТ.

5.По условию согласования с МТЗ СН защищаемого АТ

, (5)

Где К_отс = 1,1 - коэффициент отстройки;

К_ток - коэффициент токораспределения, равный отношению тока в защите к току в смежном элементе, с защитой которого производится согласование;

- ток срабатывания МТЗ СН защищаемого АТ, с которой производится согласование, А

,

где , -ток срабатывания приведённый к напряжению ВН, СН АТ;

, - номинальные напряжения АТ.

6.По условию согласования с дистанционной защитой стороны ВН защищаемого АТ

;(6)

где - сопротивление АТ приведённое к напряжению ВН АТ,

;(7)

К_ток - коэффициент токораспределения, равный отношению тока в защите с которой производится согласование к току в рассматриваемой защите;

- сопротивление срабатывания ДЗ с которой производится согласование;

- сопротивление системы на стороне СН АТ приведённое к ВН АТ;

К_отс = 1,1 - коэффициент отстройки;

- номинальное напряжение ВН АТ

,

где , -ток срабатывания приведённый к напряжению ВН, СН АТ;

, - номинальные напряжения АТ.

7.По условию согласования с дистанционной защитой стороны СН защищаемого АТ

;(8)

где - сопротивление АТ приведённое к напряжению СН АТ,

;(9)

К_ток - коэффициент токораспределения, равный

отношению тока в защите с которой производится согласование к току в рассматриваемой защите;

- сопротивление срабатывания ДЗ с которой производится согласование;

- сопротивление системы на стороне ВН АТ приведённое к СН АТ;

К_отс = 1,1 - коэффициент отстройки;

- номинальное напряжение ВН АТ

;

,

где, - ток срабатывания, приведённый к напряжению ВН, СН АТ;

, - номинальные напряжения АТ.

Выдержка времени защиты выбирается по условию согласования с последними, наиболее чувствительными ступенями резервных защит от многофазных КЗ, установленных на сторонах ВН, СН и НН защищаемого автотрансформатора, а именно, с МТЗ стороны ВН, СН и НН АТ и с дистанционной защитой стороны ВН (направленной в сеть ВН) и СН (направленной в сеть СН) АТ.

t_СЗ^ЗБР= t_{СЗ МАКС} + Дt,

где t_{СЗ МАКС} - максимальная выдержка времени ступени резервной защиты с которой производится согласование, с;

Дt = 0,5 _ ступень селективности, с.

Выдержка времени защиты выбирается по условию согласования с последними, наиболее чувствительными ступенями резервных защит от многофазных КЗ, установленных на сторонах ВН, СН и НН защищаемого автотрансформатора, а именно, с МТЗ стороны ВН, СН и НН АТ и с дистанционной защитой стороны ВН (направленной в сеть ВН) и СН (направленной в сеть СН) АТ.

резервирование электропередача трансформатор замыкание

Список литературы

1. Нагай, В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей:-Москва.Энергоатомиздат,2002.-312с,ил.

2. Рубинчик В.А. Резервирование отключения коротких замыканий в электрических сетях. - М.:Энергоатомиздат,1985.-120с.:ил

3. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты. М.: Энергоатомиздат,1985-96с, ил.

4. Модернизация оборудования ОПУ ПС 220 кВ Азнакаево для организации защит ближнего резервирования на стороне низкого напряжения автотрансформаторов АТ-1 и АТ-2 Филиала ОАО «Сетевая компания» альметьевские электрические сети. Проектная документация.Раздел 5. Сведения об инженерном оборудовании, о сетях инженерно-технического обеспечения,перечень инженерно-технических мероприятий, содержание технологических решений.Подраздел 1.Система электроснабжения. Часть 1.Релейная защита.271/1-07-2016-АЗН-ИОС1.1.Том 5.1.1.2016 г

5. Шкаф дистанционной и токовой защит линий с возможностью дальнего резервирования типа ШЭ 2607 021/3 (версия 021_206) РЭ ЭКРА. 656453.049.07 РЭ/3

6. Электрическая часть станций и подстанций: Учебник для вузов/ А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшкова и др.; Под ред. А.А. Васильева.-М.:Энергия, 1980.-608 с.,ил.

Размещено на Allbest.ru