Характеристика и расчет релейной защиты и автоматики ЛЭП 220 кВ с двухсторонним питанием

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Выписки из ПУЭ (правила устройств электроустановок):

На одиночных линиях, имеющих питание с двух сторон, от многофазных коротких замыканий должна быть применена дистанционная защита (преимущественно трехступенчатая), используемая в качестве резервной или основной (последнее - только на линиях 110 - 220 кВ).

В качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

В отдельных случаях допускается использовать токовую отсечку для действия при ошибочном включении на трехфазную закоротку в месте установки защиты, когда токовая отсечка, выполненная для действия в других режимах, не удовлетворяет требованию чувствительности.

От замыканий на землю должна быть предусмотрена, как правило, ступенчатая токовая направленная или ненаправленная защита нулевой последовательности.

Если защита не удовлетворяет требованию быстродействия, в качестве основных защит одиночных и параллельных линий с двусторонним питанием следует предусматривать высокочастотные и продольные дифференциальные защиты.

При выполнении основной защиты в качестве резервных следует применять:

- от многофазных КЗ, как правило, дистанционные защиты, преимущественно трехступенчатые;

- от замыканий на землю ступенчатые токовые направленные или ненаправленные защиты нулевой последовательности.

На одиночных линиях с двусторонним питанием (при отсутствии шунтирующих связей) должен предусматриваться один из следующих видов трехфазного АПВ (или их комбинаций):

а) быстродействующее ТАПВ (БАПВ);

б) несинхронное ТАПВ (НАПВ);

в) ТАПВ с улавливанием синхронизма (ТАПВ УС).

Кроме того, может предусматриваться однофазное АПВ (ОАПВ) в сочетании с различными видами ТАПВ, если выключатели оборудованы пофазным управлением и не нарушается устойчивость параллельной работы частей энергосистемы в цикле ОАПВ.

В соответствии с рекомендациями ПУЭ я составил перечень защит линии:

- Основная защита:

Дифференциально-фазная защита линии с высокочастотной блокировкой - от всех видов К.З. (комплект ДФЗ-201).

- Резервные защиты:

1. Трехступенчатая дистанционная защита с направленным реле сопротивления (комплект ДЗ-2 и КРС-1) от междуфазных кз.

2. Токовая отсечка от междуфазных К.З. (комплект КЗ-9).

3. Направленная трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности (комплект КЗ-10) от кз на землю.

Резервные защиты установлены на панели типа ЭПЗ-1636.

- Автоматика.

Трехфазное АПВ с улавливанием синхронизма.

На линиях устанавливают отдельные комплекты резервных защит от междуфазных к.з. и от к.з. на землю, так как при этом повышается чувствительность у защит нулевой последовательности и уменьшаются выдержки времени

1. Дифференциально-фазная защита с высокочастотной блокировкой

Принцип действия основан на сравнении фаз токов по концам защищаемой линии. Она защищает линию от всех видов к.з. Высокочастотный сигнал осуществляет сравнение фаз токов по концам линии. На одну из фаз устанавливается загородительный фильтр для того, чтобы не пропускать в.ч сигнал за защищаемую линию, а для отделения высокого напряжения от генератора и приемника высокой частоты устанавливается конденсатор связи, который не пропускает напряжение частотой f=50 Гц.

Генератор высокой частоты запускается положительной полуволной тока частоты 50 Гц. Приемник воспринимает суммарный сигнал. Если на вход приемника поступает в.ч. сигнал, то на выходе сигнала нет. Реагирующий орган срабатывает, когда на выходе приемника сигнал. Защита срабатывает.

Рис. 1. При внешнем к.з

Рис. 2. При внутреннем к.з

Пусковые органы пускают передатчик в.ч. и разрешают действовать релейной защите. Чувствительные пусковые органы запускают передатчик, грубые пусковые органы приводят в действие цепь отключения для того, чтобы не было ложной работы ДФЗ при дальних к.з.

Фазная характеристика дфз представляет собой зависимость тока протекающего в обмотке реле от угла между токами по канцам защищаемой линии. Угол блокировкии применяется для отстройки от погрешностей трансформаторов тока и других погрешностей.

Основные органы ДФЗ

1. Пусковые - от нессимметричных к.з, симмеричных к.з грубые и чувствительные.

2. Органы сравнения.

3. Органы манипуляции.

Дифференциально-фазная защита применяется на линиях всех напряжений для защиты от всех видов к.з.

1. Расчет пусковых органов от симметричных к.з

Ток срабатывания реле пуска передатчика отстраивается от максимального тока нагрузки.

А

А

Принимаем провод марки АС 70/11.

= 256 А.

Ток срабатывания реле подготовки цепи отключения выбирает то условиям согласования с током срабатывания реле пуска передатчика.

А

Чувствительность токовых пусковых органов проверяют при трехфазном к.з. в конце защищаемой линии минимальном режиме.



Первый расчетный режим: кз на шинах 220кВ ТЭЦ.

кА

По защищаемой ЛЭП проходит ток в два раза меньше 1,78кА.

Второй расчетный режим: кз на шинах системы.

Ом

=44,63+30=74,63 Ом

кА

По защищаемой ЛЭП ток проходит в два раза меньше 890А.

А

3,76>1,5

Поскольку кч>1,5 реле сопротивления, установленное в ДФЗ не используем.

2. Расчет пусковых органов при не симметричных повреждениях.

Iсз отстраивается от Iнб ФТОП и от нессимметрии перегрузок.

А

А

А

А

2. Трехступенчатая дистанционная защита от междуфазных к.з на линиях с двухсторонним питанием

Основным элементом дистанционной защиты является реле сопротивления, определяющее удаленность комплекта от места к.з. Сопротивление от места установки р.о до к.з зависит от расстояния до места к.з.

Мгновенная ступень дистанционной защиты всегда охватывает 85 % линии, а токовая отсечка меньше. Стабильность зоны действия дистанционной защиты. Дистанционная защита более чувствительная по сравнению с токовой и реагирует на два параметра - ток и напряжение. Реле сопротивления может быть направленным, а к токовой защите добавляют реле направления мощности, чтобы сделать защиту направленной.

Характеристика срабатывания ненаправленного реле сопротивления.

Принцип действия ДЗ 2 основан на сравнении абсолютных значений двух электрических величин и образованных из Uр и Iр после их выпрямления.

Так как линии 220 кВ и выше имеют протяженность больше, чем линии 110 кВ соотношение между значениями активных и индуктивных сопротивлений у этих линий различное. Поэтому и угол максимальной чувствительности у линий 110 кВ - 65°, а у линий U=220 кВ - 80°.

Первая ступень защиты обеспечивает отключение защищаемой линии при к.з и защищает 85 % линии.

Вторая ступень применяется для защиты с минимально возможной выдержкой времени участка защищаемой линии не вошедшего в зону действия первой ступени.

Третья ступень применяется для резервирования присоединений отходящих от шин противоположной подстанции.

Характеристика срабатывания трехступенчатой дистанционной защиты с направленным реле сопротивления

Во время качаний напряжение в месте установки дз периодически снижается, ток повышается при этом уменьшается сопротивление:

.

Реагирующие на эти величины органы могут прийти в действия. Поэтому устанавливают устройство блокировки при качаниях, которая блокирует действие I и II стутени при качаниях.

При неисправности в цепях напряжений напряжение подоваемое к реле сопротивления исчезает или резко понижается. В результате этого реле сопротивления, включенные на это напряжение, приходят в действие, что приводит к неправильному срабатывания дистанционной защиты. Поэтому применяют устройство блокировки при исчезновении напряжения на входереагирующих органов.

При к.з в начале защищаемой линии сработают все три ступени дистанционной защиты. Но первая ступень отключает выключатель первой, так как она срабатывает без выдеижки времени. При к.з в конце защищаемой линии первая ступень не сработает, а сработают вторая и третья ступени. Вторая ступень отключит линию так как она имеет меньшую выдержку времени. При к.з на соседнем участке сработает третья ступень о отключит линию если до этого не отключится эта линия.

К дистанционной защите должны подводится такие токи чтобы сопротивление на зажимах реле было пропорционально расстоянию до точки к.з и должно иметь одинаковое значение по модулю при всех видах к.з. Для защиты от междуфазных коротких к реле сопротивлений подводятся фазное напряжение и разность токов двух фаз.

При трехфазном к.з.:

Таким образом:

Сопротивление на зажимах реле равно сопротивлению нулевой последовательности.

На панели защиты ЭПЗ 1636 Установлены следующие виды защиты.

Двухступенчатая дистанционная токовая защита типа ДЗ-2 - первая и вторая ступень.

Блокировка при качаниях КРБ126.

Одноступенчатая токовая защита нулевой последовательности - четвертая ступень.

Токовая отсечка типа КЗ-9.

Одноступенчатая дистанционная защита типа КРС-1, выполняющая функцию третьей ступени.

Трехступенчатая токовая защита нулевой последовательности типа КЗ-10.

3. Расчет трехступенчатой дистанционной защиты

1. Расчет I ступени

I ступень работает мгновенно = 0,1 с, поэтому для соблюдения селективности она должна быть отстроена от к.з в точке K-1.

Первичное сопротивление срабатывания I ступени.

где = 0,85 - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности TA, TV, неточность расчета и запас.



Ом

Ом

Определяем вторичное сопротивление срабатывания реле.

где - коэффициент трансформации трансформатора тока, - коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Ом

Реле сопротивления I ступени находится в комплекте ДЗ-2, поэтому ближайшая минимальная уставка на трансреакторе равна 1 Ом на фазу

Определяем процентное соотношение включенных вторичных витков регулировочного трансформатора.

I ступень работает мгновенно, поэтому tс.з = 1с.

2. Расчет II ступени.

II ступень необходимо отстроить от КЗ в конце зоны действия I ступени комплекта №3 при каскадном отключении (точка К-1 при отключено выключателе Q4) с учетом подпитки от системы S2.

,

где - коэффициент токораспределения, определяется для к.з в точке к-3.

кА

кА

Ом

Определяем вторичное сопротивление срабатывания:

Ом

Определяем процентное соотношение включенных вторичных витков регулировочного трансформатора:

Коэффициент чувствительности II ступени защиты №1 определяем по формуле:

II ступень получилась чувствительной.

с

Так как , то выбираем.

Ом

Ом

Расчет III ступени.

Пусковые реле, осуществляющие III ступень защиты, должны быть отстроены от минимального сопротивления в рабочем режиме нагрузки то есть в условиях возможного в эксплуатации максимального рабочего тока и минимального рабочего напряжения.

С учетом коэффициента самозапуска заторможенных двигателей =1,5; коэффициентов отстройки = 1,2 и возврата = 1,1 первичное сопротивление срабатывания реле определяется по выражению.

= 80° для линии 220 кВ

Ом

Определяем вторичное сопротивление срабатывания реле.

Ом

Реле сопротивления III ступени находится в блок-реле типа КРС-1, поэтому на трансреакторе =1,5 Ом.

Коэффициент чувствительности III ступени.

0,3<1,2 по чувствительности не проходит.

4. Токовая защита нулевой последовательности на линии с двухсторонним питанием

На линиях напряжением 6,10,35 кВ нейтраль не заземлена или резонансно соединена, поэтму ток замыкания фазы на землю мал. Защита нулевой последовательности не устанавливается.

Для питания защит нулевой последовательности трансформаторы тока соединяют на сумму токов трех фаз, трансформаторы напряжения соединяют в розомкнутый треугольник.

Первая ступень ТЗНП защищает часть линии и отключает ее мгновенно при однофазных коротких замыканиях.

Ток срабатывания первой ступени выбирается так, чтобы она не срабатывала при к.з на соседнем участке.

.

При разземлении части нейтралей на приемной подстанции изменится ток0 расч поэтому изменится ток срабатывания первой ступени.

При к.з в зоне действия первой ступени сработает реле тока и замкнет контакт, сработает промежуточное реле и подаст сигнал на отключение выключателя и одновременно сработает уназательное реле и подаст сигнал оперативному персоналу.

Вторая ступень токовой защиты нулевой последовательности защищает всю линию целиком.

Ток сработывания второй ступени отстраивается от тока срабатывания Iс.з первой ступени следующего участка. Время срабатывания токовой отсечки на ступень селективности больше токовой отсечки первой ступени соседнего участка.

,

где - максимальное значение тока нулевой последовательности в конце зоны действия первой ступени соседнего участка.

- время срабатывания защиты первой ступени соседнего участка.

При коротком замыкании в зоне действия защита срабатывает и отключает линию через время 0,6 с.

Третья ступень токовой защиты нулевой последовательности выполняет функцию ближнего и дальнего резервирования.

Ток срабатывания третьей ступени отстраивается от тока небаланса при внешних к.з. Время срабатывания на ступень селективности больше времени срабатывания третьей ступени соседнего участка.

Селективность третьей ступени осуществляется выдержкой времени.

При коротком замыкании на защищаемой линии сработает третья ступень токовой защиты нулевой последовательности и через время срабатывания третьей ступени отключит защищаемую линию. При к.з на соседнем участке третья ступень сработает и отключит защищаемую линию если защита соседнего участка не отключит свою линию.

Токовая отсечка на линии с двухсторонним питанием.

Токовая отсечка защищает часть линии и отключает ее мгновенно при к.з на защищаемом участке.

Селективность токовой отсечки достигается ограничением зоны их действия.

На линиях с двухстороннем питанием токовая отсечка отстраивается от тока к.з. по концам защищаемой линии и от тока качания, а на линии с односторонним питанием от тока к.з в конце защищаемой линии.

Токовую отсечку не желательно делать направленной потому, что реле мощности не работает при трехфазных к.з в начале линии.

На моей защищаемой ЛЭП ток срабатывания отсечки должен быть больше тока трехфазного к.з по концам защищаемой линии и больше тока качания.

Чувствительность токовой отсечки:

Если трансформаторы тока соединены в треугольник а обмотки реле в звезду или трансформаторы тока соединены на разность токов двух фаз и к ним подключено реле, то ток в реле будет в v3 раз больше, чем при соединении трансформаторов тока в полную и неполную звезду при одинаковых токах с.з.

Токовые отсечки являются самой простой защитой. Быстрота действия с простой схемой составляют важное преимущество по сравнению с другими защитами. К недостаткам относятся то, что они защищают не всю линию и зона действия меняется в зависимости от режимов линии.

При коротком замыкании в зоне действия защиты токовое реле срабатывает и мгновенно отключает защищаемую линию. При к.з на части линии где токовая отсечка не работает, реле тока не сработает.

В реле РТ-40 есть два способа регулирования уставок - соединением последовательно или параллельно токовых обмоток и изменением силы противодействия пружины воздействующей на подвижный мостик.

5. Автоматическое повторное включение с улавливанием синхронизма

Значительная часть коротких замыканий на воздушных линиях электропередачи, вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами, при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняются. При этом электрическая дуга, возникающая в месте к.з. гаснет, не успевая вызывать существенных разрушений препятствующих обратному включению линии. Статистические данные о повреждаемости воздушных линий за многолетний период эксплуатации показывают что доля неустойчивых повреждений весьма высока - 50 - 90% Поэтому на линиях устанавливают автоматическое повторное включение. Оно повышает надежность снабжения электрической энергии.

АПВ на линиях с двухсторонним питанием обладает особенностями.

Первая особенность состоит в том, что АПВ линии должно производиться лишь после того, как она будет отключена с обеих сторон, что необходимо для деионизации воздушного промежутка в месте повреждения. Поэтому при выборе выдержки времени АПВ линии с двухсторонним питанием необходимо учитывать:

фазный высокочастотный токовый трансформатор

Вторая особенность определяется тем, что успешное включение линии может сопровождаться большими скачками тока и активной мощности, поскольку по обоим концам линии имеется напряжение.

Реле времени KT создает выдержку времени . R1 служит для обеспечения термический стойкости реле, промежуточное реле KL с двумя обмотками при срабатывании замыкает свой контакт и срабатывает KM. Конденсатор C создает однократность действия АПВ. R2 резистор цепи заряда конденсатора. Резистор R3 разряда конденсатора.

Цепь заряда конденсатора.

+EC; C; R2; -EC.

Цепь разряда конденсатора.

Обкладка - C, KL; обкладка - С.

Пуск устройств АПВ осуществляется от несоответствия положения выключателя и предыдущей команды ключа управления. Выдержка времени на срабатывание необходима для деионизации среды у самоустраняющихся к.з.

При срабатывании реле времени после замыкании его контакта срабатывает промежуточное реле KL, питаемое конденсатором С. Так как выключатель за время, когда KL сработало, может не успеть включиться, применяется цепь самоподхвата.

Поэтому в реле РПВ-58 используется промежуточное реле с двумя обмотками.

При неустойчивом к.з.

- при к.з. срабатывает защита и отключает выключатель. Собирается цепочка с KQT и замыкает свой контакт. Если ключ находится в положении включено, то срабатывает реле времени и через некоторое время замыкает контакт. Конденсатор разряжается на KL и оно срабатывает. При этом замыкает свой контакт и срабатывает KM. Выключатель включится.

При устойчивом к.з.

- при к.з. срабатывает защита и отключает выключатель. Собирается цепочка с KQT и замыкает свой контакт. Если ключ находится в положении включено, то срабатывает реле времени и через некоторое время замыкает контакт. Конденсатор разряжается на KL и оно срабатывает. При этом замыкает свой контакт и срабатывает KM. Выключатель включится. Релейная защита сработает и отключит выключатель. При этом выключатель не включится, т.к. конденсатор не зарядился.

Размещено на Allbest.ru

...