релейная защита и автоматизация
advertisement
РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КУРС ЛЕКЦИЙ Часть 1 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА Часть 1. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ Красноярск,2007 УДК 621. 316. 925. (07)Е80 Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем. Курс лекций. Ч.1. релейная защита электрических систем. Для студентов направления подготовки 140200 «Электроэнергетика и электротехника» (специальностей 141204 «Электрические станции», 140205 «Электроэнергетические системы и сети», 140211 «Электроснабжение», 140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем») / С Сост. Ю. А. Ершов, А. В. Малеев, О. П. Халезина. Красноярск: ИПЦ СФУ, 2007. Ю А Е А В М О П Х К ИПЦ СФУ 2007 НАЗНАЧЕНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ Й Й Основным назначением релейной О й й защиты является выявление места возникновения повреждения и быстрое автоматическое отключение с помощью выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части. части Дополнительным назначением релейной защиты является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача р ду р д сигналов обслуживающему у щ у персоналу р у или отключение предупредительных оборудования с выдержкой времени. Релейная защита – совокупность устройств и вспомогательных элементов, предназначенных в случае повреждения и опасно ненормального условия работы б объекта б электроэнергетической й системы (линии электропередачи, синхронные и асинхронной электрической машины, силового трансформатора и т.д.) отключить его воздействием на выключатель или действовать на сигнал. В современных электроэнергетических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. К основным устройствам автоматики К основным устройствам автоматики относятся: автоматика повторного включения; автоматика включения резервных источников питания и оборудования; автоматика частотной разгрузки; противоаварийная й автоматика. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ Наиболее опасные и частые повреждения — короткие замыкания между фазами электрической установки и короткие замыкания фаз на землю в сетях с глухозаземленными нейтралями. Возможны и более сложные повреждения, повреждения сопровождающиеся короткими замыканиями и обрывом фаз. Однофазные замыкания на землю в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящие реакторы нейтралью не сопровождаются возникновением больших токов (токи не превышают нескольких десятков ампер). В эксплуатации возникают ненормальные режимы, режимы вызванные перегрузкой оборудования или внешними короткими замыканиями, возникающими в других элементах. При этом по неповрежденному оборудованию руд проходят р д значительные токи ((сверхтоки), р ), которые р при‐водят к преждевременному старению изоляции, износу оборудования. При отсутствии постоянного дежурного персонала защита должна действовать на автоматическую разгрузку или отключение. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К УСТРОЙСТВАМ РЗиА 1. селективность, 2. быстродействие, 3. чувствительность, 4. надежность. Селективностью, или избирательностью, называется действие защиты, избирательностью защиты обеспечивающее отключение только поврежденного элемента системы посредством его выключателей. А Б К1 1 2 5 3 4 7 Б Быстродействие д й В К2 6 Г К3 8 9 В большинстве случаев к релейной защите, действующей при повреждениях на отключение, предъявляется требование быстродействия. Чувствительность Релейная защита должна быть достаточно чувствительной к повреждениям и ненормальным режимам работы, которые могут возникнуть на защищаемых элементах электрической системы. Требование надежности состоит в том, что защита должна правильно и безотказно действовать на отключение выключателей оборудования при всех его повреждениях и нарушениях нормального режима работы, на действие при которых она предназначена, и не действовать в режимах, при которых ее работа не предусматривается. 1 . В Б А 2 Г К3 3 4 Д ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ При коротких замыканиях в ЭЭС обычно возрастает ток и снижается напряжение, входными сигналами измерительной части устройств релейной защиты являются воздействующие величины, сформированные с использованием токов и напряжений защищаемых элементов. Характер изменения воздействующей величины в той или иной мере определяет принцип действия защиты. Защиты с относительной селективностью ‐ токовые; ‐ токовые оковые направленные; на рав енные ‐ дистанционные защиты. защиты щ ‐ время р срабатывания р Общее защиты зависит от расстояния между местом ее включения и точкой КЗ. Токовыми называются защиты, для которых воздействующей величиной является ток, проходящий в месте их включения. Токовые направленные защиты Поведение защит при КЗ определяется не только значением тока повреждения, но и направлением мощности короткого замыкания в месте их включения. Схема сети с двусторонним питанием Дистанционные защиты: защита называется дистанционной если выполняется условие с ов е отношения о о е подведенных о ве е к реле ре е напряжения и тока пропорциональное расстоянию (дистанции) от места включения защиты до точки КЗ. Соответствующие измерительные реле называются минимальными реле сопротивления. Параметрами защиты защиты, подлежащими определению, являются сопротивление срабатывания защиты , ток срабатывания защиты (при наличии токового пускового органа) и выдержка времени. времени В защитах напряжения воздействующей й й величиной й является напряжение р цепи в месте включения ц защиты. Измерительный орган защиты ‐ реле напряжения, срабатывающее, если напряжение в месте включения защиты достигает заданного значения. Параметрами защиты, подлежа‐ щими определению определению, являются напряжение срабатывания и выдержка времени. Защиты с абсолютной селективностью основаны на сравнении однородных электрических величин (чаще всего тока) по концам защищаемого участка или в соответствующих ветвях параллельно соединенных элементов электрической й установки, или же в нескольких элементах, присоединенных к общим шинам. Дифференциальные токовые защиты бывают продольными и поперечными; ‐ продольные дифференциальные токовые защиты осуществляют сравнение токов по концам защищаемого элемента. ‐ поперечные дифференциальные токовые — в параллельных цепях электроустановки. Применяются также поперечные дифференциальные токовые направленные защиты, сравнивающие значения и знаки мощностей в параллельных цепях. ПЕРВИЧНЫЕ ИЗМЕНИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В УСТРОЙСТВАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ В УСТРОЙСТВАХ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ. ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА Трансформаторы тока Измерительные трансформаторы тока (ТТ) представляют собой аппараты для преобразования токов первичных цепей в стандартные токи 5 или 1А для измерительных приборов, устройств релейной защиты и автоматики. Схемы соединения вторичных обмоток ТТ Схемы соединения вторичных обмоток ТТ Поведение и работа реле в каждый из этих схем зависит от характера распределения токов в ее вторичных условиях. Для каждой схемы соединений можно определить отношение тока в реле ко вторичному току в фазе . Это отношение называется коэффициентом схемы. Схема соединения вторичных обмоток ТТ и обмоток реле в полную звезду звезд При нормальном режиме и трехфазном КЗ При двухфазных КЗ р у ф . При однофазных КЗ При двухфазных КЗ на землю . При двойном замыкании на землю . Схема соединения ТТ и обмоток реле в неполную звезду Схема соединения ТТ в треугольник, а обмоток реле в звезду К сх = . Iр Iф = 3I ф Iф = 3 Токи в реле Вид КЗ Повреждены фазы Токи в фазах I . Двухфазное . III . . . I A− I B IB− IC IC−I A А, В IB=-IA IC=0 B, C IC=-IB IA=0 IA=-IIC IB=0 IA=IK IB и IC=0 -IB 2IB IC IA -IIC 2IC IA 0 -IA IB=IK IA и IC=0 IC=IK IB и IA=0 -IB IB 0 0 -IC IC C A C, А Однофазное II . B C 2IA IB -IA Схема соединений с двумя ТТ и одним реле, включенным на разность токов двух фаз . Трансформаторы напряжения предназначены р д для измерения д р напряжения, р , питания ц цепей автоматики, сигнализации классификация по числу фаз: однофазные и трехфазные; по числу обмоток: двухобмоточные и трехобмоточные; по классу точности, т.е. по допускаемым значениям погрешности; по способу охлаждения: с масляным охлаждением (масляные), с естественным воздушным охлаждением (сухие и с литой изоляцией); ) по роду установки: для внутренней или наружной установки. Схемы соединения обмоток измерительных трансформаторов напряжения и обмоток реле Оперативный ток в цепях релейной защиты Назначение оперативного р тока Оперативным р называется ток,, при р помощи щ которого производится управление выключателями, а также питание цепей защит, ц щ , автоматики и различного вида сигнализации. Постоянный оперативный ток В качестве источника постоянного тока используется аккумуляторные батареи с зарядными уустройствами, р , осуществляющие ущ щ централизованное ц р питание оперативным током цепей всех присоединений. Ряд д стандартных д р напряжений р постоянного оперативного тока: 24, 48, 110 и 220В. Ш ин ки управл ения Ш инки сигнал изации + - У стройство контрол я изол яции ВАЗ П +Ш В Ш инки вкл ю чен ия А варийное освещ ен ие ... -Ш В К ол ьцо сол иноид ов Схема питания РЗ постоянным оперативным током К2 YAT1 Q2 +С KA1 TA1 KQT1 сигнал KL1 АВ К1 +ШУ - Схема максимальной токовой защиты Схема максимальной токовой защиты на постоянном на постоянном оперативном токе РЕЛЕЙНЫЕ ЗАЩИТЫ С ОТНОСИТЕЛЬНОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ К релейным й защитам с относительной й селективностью относятся: •токовая отсечка без выдержки д р времени, р , •токовая отсечка с выдержкой времени, максимальная токовая защита, защита •максимальная •токовая направленная защита, •токовая токовая защита нулевой последовательности последовательности, •дистанционная защита. ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА БЕЗ ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ Выбор тока срабатывания и определение защищаемой зоны токовой отсечки без выдержки времени Защита магистральной линии с односторонним питанием токовой отсечкой без выдержки времени Выбор тока срабатывания токовых отсечек без выдержки времени на линии с двусторонним питанием Схема электроснабжения (а) и выбор тока срабатывания токовой отсечки линии ЛЗ с учетом устойчивой работы синхронных электродвигателей (б, в) ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА С ВЫДЕРЖКОЙ ВРЕМЕНИ Защищаемые зоны и время действия З й токовой й защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ВЫБОР ВЫДЕРЖКИ ВРЕМЕНИ Согласование характеристик максимальных токовых защит с независимой выдержкой времени Согласование характеристик максимальных токовых защит с ограниченно зависимой выдержкой времени t1=3'' Т 1 W1 6 Т k1 W2 Т Т 3 t2=2,5' ' 2 t8=0,5' ' 8 ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА k2 t3=2'' Т t4=1,5' ' Т n2 4 t5=2+0,5=2,5' ' 5 t7=1 t7=1'' Т 7 Т t6=3'' Схема кольцевой сети, поясняющая необходимость применения С й б направленной защиты + TV K A K W K T - Принципиальная схема максимальной Принципиальная схема максимальной токовой направленной защиты Уставки защиты: I в. з. = к н к з I н. max , где кн – коэффициент надежности отстройки. Ток возврата: I в. з. = к в I с. з к в I с. з. = к н к з I н. max отсюда I с. з = кн принимается 1,1-1,25; кз принимается 2-3. Вторичный ток срабатывания: к н к з I н. max кв I с. р к н к з к сх I н. max = к в nТ где nт – коэффициент трансформации ТТ; ксх – коэффициент схемы, равный 1 для схемы соединения ТТ в полную и неполную звезду и 1,73 при соединении в треугольник и на разность токов двух фаз. Коэффициент чувствительности: I кз. min кч = I с. з Если кч получается ниже допустимого, то Е напряжения: U с. з = кч = U раб . min кн кв ; U с. р = применяется блокировка б минимального U раб . min к н к в nТ U с. з > 1,5(свой уучасток) и 1,2(смежный) U кз. max где Uкз.max – максимальное значение остаточного напряжения при КЗ в конце защищаемой зоны. ТОКОВАЯ ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В сети с заземленными нулевыми точками трансформаторов ф составляющие нулевой последовательности тока однофазного КЗ на землю замыкаются через заземленные нулевые точки всех этих трансформаторов. I II 1 Iк.з1 Л1 Iк.з2 2 Л2 III Iк.з3 Схема сети с режимом работы нейтрали «глухое заземление» МТЗ от однофазных КЗ Первая ступень - мгновенная отсечка, защищающая часть линии. р отсечки: Ток срабатывания I с. з. = к н I кз. max или I с. р. к н к сх I кз . max = nТ где Iкз.max – максимальный ток при КЗ на шинах противоположной подстанции; кн – коэффициент надежности надежности. Вторая ступень - МТЗ с ограниченной зоной действия. Ток срабатывания: I''IIс.з.=кнкр I''Iс.з где I''Iс.з – ток срабатывания защиты первой ступени защиты второго участка; кн – коэффициент надежности равный (1,1-1,2); кр – коэффициент распределения, представляющий собой отношение тока, проходящего в защите первого участка, к току, проходящему в защите второго участка при КЗ на втором участке. Третья ступень - МТЗ с током срабатывания, срабатывания отстроенным от тока небаланса: Iс.з.=кн Iнб.maxnт где кн - коэффициент надежности равный 1,25. р определяется р следующим у образом: р Iнб.max – максимальный ток небаланса,, который строится действительная характеристика намагничивания ТТ двух фаз, Iнб.max=Iнам.max-Iнам.min ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА Определение удаленности до места КЗ производится дистанционной защитой путем измерения сопротивления, определяемого сравнением остаточного напряжения на шинах, где установлена защита, и величины тока КЗ, проходящего по защищаемой линии. Uш TV Дистанционная защита А TA Схема, поясняющая работу дистанционной защиты U ш = I к .з. Z к .з. ; Z к.з. = Uш , т.к . Z к . з . = Z уд . L к . з . , то I к.з. Uш = Z уд . L к . з . I к.з. В Б Г LАБ =LБВ А 1 LАБ 2 LБВ 3 К1 4 5 6 LВГ К3 К2 t Δ t t IIIА t IIА Δ t t IIБ Z'с.з.Б Z'с.з.А Z''с.з.Б Z''с.з.А Ступенчатый принцип определения времени срабатывания дистанционной защиты Z Первая ступень ' Z с' . з. = к отс . Z1l л где lл – длина; Z1 – удельное сопротивление прямой последовательности; к'отс. – коэффициент отстройки, учитывающий положительную погрешность, погрешности ТТ и влияние переходных р сопротивлений р Rn в месте КЗ. Вторая ступень Z II с. з. А ≤к II отс ⎡ ⎤ Z сI. з.Б I Z l + к ( ) ⎢ 1 АБ отс min ⎥ к ток .Б ⎣ ⎦ ⎡ ⎤ Z Т . min II '' Z сII. з. А ≤ к отс к отс Z l + ( ) ⎢ 1 АБ max ⎥ к ток .Т ⎣ ⎦ I где Z с. з.Б - одно из сопротивлений срабатывания Iст. ДЗ линий, отходящих от шин подстанции Б (если их несколько); ZТ.min – минимальное эквивалентное сопротивление трансформаторов в режиме их параллельной работы на подстанции Б с учетом возможности изменения ктр при регулировании РПН; II I I к отс ≈ к отс , к отс - коэффициент, учитывающий отрицательную погрешность органа сопротивления; '' к отс - коэффициент обычно равный 1; кток.Б и кток.Т – коэффициенты токораспределения, учитывающие неравенство токов в месте включения защит. Третья ступень Сопротивление Zв.з.расч. выражается через Zс.з.расч.: Z с. з. расч ≤ Z раб. min к отс к з. z К Конец Zс.з.расч. с углом φраб. определяет на комплексной й плоскости Z расчетную точку III Z с характеристики срабатывания III ступени . з. = f (ϕ р ) . Эта характеристика должна обеспечивать необходимую чувствительность защиты (кч≥1,5) при металлическом многофазном КЗ в конце защищаемой й зоны участка. Требования к форме характеристики Z с. з. = f (ϕ р ) органов сопротивления с двумя входными величинами следующие (рис. Г + jx Z лВГ Z лБВ В 0 ,8 5 ϕ Б А Z лА Б л +R ЗАЩИТЫ С АБСОЛЮТНОЙ СЕЛЕКТИВНОСТЬЮ Для защиты электрооборудования электроэнергетических систем широко используется дифференциальный принцип, на котором осуществляются продольные и поперечные дифференциальные защиты с абсолютной селективностью. Распределение токов в схеме продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами и их векторные диаграммы ПРОДОЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами. В схеме защиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам схеме защиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам непрерывно проходят вторичные токи измерительных трансформаторов тока. ПОПЕРЕЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА Принцип действия защиты основан на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Поперечная дифференциальная токовая защита параллельных линий ПАНЕЛЬ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ НАПРАВЛЕННОЙ ЗАЩИТЫ ПДЭ 2802 ЗАЩИТЫ ПДЭ 2802 Панель направленной высокочастотной (ВЧ) защиты типа ПДЭ 2802 предназначена для использования в качестве основной быстродействующей защиты двух – и многоконцевых воздушных р р д ((ЛЭП)) напряжением р 110–330 кВ,, не линий электропередачи оборудованных устройствами однофазного автоматического повторного включения (ОАПВ). Защита действует при; 1)при несимметричных коротких замыканиях— как направленная фильтровая высокочастотная защита. защита 2) при трехфазных — как направленная дистанционная щ с блокировкой р при р качаниях. высокочастотная защита Функциональная схема ПДЭ 2802 Панель ПДЭ 2802 разработана специально для применения не только на двухконцевых линиях, но и на линиях с ответвлениями. Для многоконцевых линий электропередачи р р д использование панели ПДЭ Д 2802 имеет существенные преимущества по сравнению с панелью дифференциальнофазной высокочастотной защиты типа ДФЗ-201. При применении панели ПДЭ 2802 на линиях с ответвлениями используются два дополнительных измерительных органа (ИО) сопротивления Z доп и измерительных органа тока нулевой последовательности I 0 . Время срабатывания направленной защиты с высокочастотной блокировкой не превышает 40 мс. В панели ПДЭ 2802 не предусматривается компенсация емкостных токов, в связи с этим защита может применяться на линиях электропередачи напряжением 330 кВ, на которых фазный емкостный ток не превышает тока срабатывания защиты обратной последовательности. последовательности Функциональная схема ПДЭ 2802 Расчет уставок панели ПДЭ 2802 Расчет блокирующего органа тока обратной последовательности Тока срабатывания защиты: - отстройка от тока небаланса, А, I сз.бл = к н ⋅ I 2 нб , д ток небаланса обратной р последовательности, д , А,, где f ⎛ ⎞ I 2 нб = ⎜ к 0 ⋅ ТА + к пн + к ст + к нт + к f Δ f ⎟ ⋅ I w , 3 ⎝ ⎠ где к н – коэффициент фф надежности, р равен 1,1–1,3 о. е.; к 0 – коэффициент однотипности трансформаторов тока, равен 0,5 о. е.; f ТА – относительная погрешность трансформатора тока, равная 0, 03 о. е.; к пн – коэффициент погрешности настройки фильтра тока обратной последовательности, равен 0,01о. е.; к ст – коэффициент несимметрии сети по току, равен 0, 01 о. е.; к нт – коэффициент несимметрии нагрузки по току, равен 0,01-0,10 о. е.; к f – коэффициент фф ц частотно компенсированного р фильтра, ф р , равен р 0,01 , о. е.;; Δf – отклонение частоты сети от номинальной, равно 1Гц; I w – ток, протекающий по линии электропередачи в режиме макси-мальной нагрузки, А. Т срабатывания Ток б реле, А, А I ср = к сх ⋅ I сз.бл . кI Уставка реле, о. е., I уст = I ср ном I ПДЭ , ном где I ПДЭ – номинальный ток панели ПДЭ 2802, равен 5 А. Уставка выставляется дискретно в диапазоне 0,025–0,4 о. е. через 0,025. Расчет отключающего органа тока обратной последовательности Ток срабатывания Т б реле отключения: согласование с уставкой блокирующего органа тока обратной последовательности противоположного конца защищаемой линии производится по выражению: I ср.откл = к н ⋅ I ср.бл б где к н – коэффициент надежности, равен 2 о. е. Уставка реле, о. е., I уст = I ср.откл ном I ПДЭ . У Уставка выставляется дискретно в диапазоне 0,05–0,4 0 05 0 4 о. е. через 0 0,05. 05 Чувствительность защиты проверяется при коротком замыкании в конце защищаемого участка: (2) I к2min ⋅ к сх ≥ 2, кч = к I ⋅ I ср.откл или (1,1) I к2min ⋅ к сх кч = ≥ 2, к I ⋅ I ср.откл или (1) I к2min ⋅ к сх кч = ≥ 2, к I ⋅ I ср.откл (2) где I к2min – ток обратной последовательности, протекающий через защиту при двухфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии в минимальном режиме работы электрической системы; (1,1) I к2min – ток обратной последовательности, протекающий через защиту при двухфазном коротком замыкании на землю в конце защищаемой линии в минимальном режиме работы электрической системы; (1) I к2min – ток обратной последовательности, протекающий через защиту при однофазном коротком замыкании в конце защищаемой линии в минимальном режиме работы электрической системы. Расчет блокирующего органа напряжения обратной последовательности Напряжение срабатывания защиты, В: U сз.бл = кн ⋅ U нб , кв где напряжение небаланса небаланса, В В,:: ⎛f ⎞ U нб = ⎜ TV + к пн + к ст + к нн + к f ⋅ Δf ⎟ ⋅ U ф , ⎝ 3 ⎠ где к н – коэффициент надежности надежности, равен 1 1,2 2–1 1,3 3о о. е.; е; к в – коэффициент возврата, равен 0,9 о. е.; f TV – относительная погрешность трансформатора напряжения, равная 0,01 о. е.; к пн – коэффициент погрешности настройки фильтра напряжения обратной последовательности, равен 0,01; фф несимметрии сети по напряжению, равен 0,01; 0 01 к ст – коэффициент к нн – коэффициент несимметрии нагрузки по напряжению, равен 0,01–0,1 о. е.; к f – коэффициент частотно компенсированного фильтра, равен 0,01 о. е.; Δf – отклонение частоты сети от номинальной,, равное р 1 Гц;; U ф – фазное номинальное напряжение защищаемой линии, В. Напряжение срабатывания реле, В, U ср.бл б = U сз.бл кU . Уставка реле, о. е., U уст = U ср.бл ном U ПДЭ , уставка выставляется дискретно в диапазоне 1–2,5 о. е. через 0,5. Отключающий орган напряжения обратной последовательности Напряжение срабатывания защиты блокирующего органа напряжения, В, U ср.от ср от = к н ⋅ U ср.бл ср бл , где к н – коэффициент надежности, равен 1,7 о. е. Уставка реле, о. е., U ср.от = U ср.от ном U ПДЭ выставляется дискретно в диапазоне 1,5–5,0 о. е. через 0,5, Чувствительность органа: кч = U к2min к U ⋅ U ср.от , где U к2min – остаточное напряжение обратной последовательности в месте установки защиты при однофазном (1), двухфазном (2) и двухфазном коротком замыкании на землю (1,1) в конце защищаемой линии электропередачи в минимальном режиме работы ЭС соответственно. Расчет блокирующего органа сопротивления Сопротивление срабатывания защиты, о. е., Z сз.бл = ⎡ 2 ⎢(Z см + 1) ⋅ cos α − ⎢⎣ (Z см 0 ,9 ⋅ U ном ⋅ 3 ⋅ I ном ⋅ к н ⋅ к в ⋅ 2 ⋅ Z см ⎡ 2 sin 2 α ⎤ ⎤ + 1) ⋅ cos α − 4 Z см ⎢cos α + ⎥⎥ , 2 ε ⎣ ⎦ ⎥⎦ 2 2 где Z см – сопротивление смещения характеристики срабатывания реле, равный –0,15 о. е.; срабатывания, равное 0,7 о. е.; ε – отношение осей эллипса характеристики к н – коэффициент нагрузки, равный 1,2 о. е.; к в – коэффициент возврата реле сопротивления, равный 1,05–1,1 о. е.; разность между ду углами у максимальной чувствительности у р реле сопротивления р и нагрузки, ру , α– р электрические градусы, α = ϕ мч − ϕ н , где ϕмч – угол максимальной чувствительности реле сопротивления, равный (75+180)=255˚; ϕн – угол нагрузки нагрузки, равный (26 (26-32) 32) + 180 = 210 210˚;; Сопротивление срабатывания реле, Ом, Z ср.бл = р кI ⋅ Z сз.бл , кU где к I – коэффициент трансформации трансформатора тока; к U – коэффициент трансформации трансформатора напряжения. Уставка реле, реле %, % N уст = Z уст.мин Z ср.бл ⋅ 100 %. Расчет отключающего органа сопротивления Сопротивление срабатывания защиты: - отстройка от нагрузки, Ом, Z сз.от = 0,9 ⋅ U ном ⋅ 3 ⋅ I ном ⋅ к н ⋅ к в ⋅ cos(ϕ мч − ϕ н ) ⎡ 2 sin 2 (ϕ мч − ϕ н )⎤ ⋅ ⎢cos (ϕ мч − ϕ н ) + ⎥, 2 ε ⎣ ⎦ где к н – коэффициент надежности, равный 0,85–0,87 о. е.; ϕ мч – угол максимальной чувствительности реле сопротивления, равный 75˚; угол нагрузки, ру , равный р 26-32˚. ϕн – у - отстройка от сопротивления срабатывания блокирующего органа сопротивления противоположного конца линии электропередачи, Ом, Z сз.от сз от = к н ⋅ (Z w + к н2 ⋅ Z сз.бл сз бл ), где Z w – полное сопротивление линии электропередачи, Ом. За расчетное принимаем меньшее значение из рассчитанных. Сопротивление срабатывания реле, Ом, Z ср.от кI = ⋅ Z сз.от . кU Уставка реле – процентное содержание витков обмотки промежуточного трансформатора, %, N уст = где Z уст.мин Z ср.от ⋅ 100 , Z уст.мин – минимальная уставка реле, равна 2 Ом. Чувствительность защиты: по сопротивлению кч = Z сз.от ≥ 1,5; Zw по току точной работы (3) I кmin ⋅ к сх кч = ≥ 1,5 1 5, к I ⋅ I тр (3) где I кmin – ток, протекающий через защиту при трехфазном коротком замыкании в конце защищаемой линии электропередачи в минимальном режиме работы электрической системы; I тр – ток точной работы реле сопротивления. Расчет дополнительного органа сопротивления Сопротивление срабатывания защиты определяем: - отстройкой от короткого замыкания за трансформатором ответвления, Ом, Z сз.доп где к н1 – ⎛ ⎞ к н2 ⎜ = к н1 ⋅ Z w + ⋅ Z тр ⎟ , ⎜ ⎟ к тр ⎝ ⎠ коэффициент фф надежности, равный й 0,85–0,87 0 85 0 87 о. е.; к н 2 – коэффициент надежности, равный 0,78 о. е. к тр – коэффициент фф токораспределения, о. е., к тр ) I к( .3max = (3) .w I к.max.тр , (3) где I к.max.w – ток, протекающий по защищаемой линии электропередачи при трехфазном коротком замыкании за трансформатором ф ответвления в максимальном режиме работы б системы; (3) I к.max.тр – ток, протекающий через трансформатор ответвления при трехфазном коротком замыкании за ним в максимальном режиме работы системы; - отстройкой от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора ответвления в сеть, Ом, Zсз.доп = Сб ⋅ ( X c1 + X w + X экв ), где С б – коэффициент броска емкостного тока, определяющийся маркой трансформатора, ф равный й 11,75 75 о. е.; Х с1 – суммарное сопротивление прямой последовательности от ближайшего источника питания до шин защищаемой линии, о. е., Х w – сопротивление защищаемой линии электропередачи, Ом; Х экв – эквивалентное сопротивление трансформаторов О Ом. Сопротивление срабатывания реле, Ом, Z ср.доп кI = ⋅ Z сз.доп , кU У Уставка реле сопротивления, % , N ууст = где Z уст.min Z уст.min Z ср.доп ⋅ 100 , – минимальная уставка реле сопротивления, равная 1,5 Ом. ответвления, Расчет пускового органа тока обратной последовательности c торможением Ток срабатывания защиты, А, I сз.т кн = ⋅ I 2нб , кв где к н – коэффициент надежности, равный 1,3 о. е.; к в – коэффициент возврата реле, равный 0,9 о. е.; небаланса, А А, I 2 нб – ток обратной последовательности небаланса I 2 нб = к нб ⋅ I кач , где к нб – коэффициент небаланса, равный 0,028 о. е.; I кач – ток качания, А, I кач = 1,1 ⋅ 2U ср 3( Х G1 + X G 2 + X w ) , где U ср – средненоминальное напряжение защищаемой линии электропередачи, В; Х G1 , X G 2 – эквивалентные индуктивные сопротивления сети до ближайших источников питания G1 и G2 соответственно,, Ом;; X w – индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом. Ток срабатывания торможения реле, А, I ср.т к сх = ⋅ I сз.т . кI Уставка реле, о. е., I уст.т = I ср.т ном I ПДЭ , уставка выставляется д у дискретно р вд диапазоне 0,024-0,4 , , о. е. через р 0,025. , Коэффициент торможения, %, ⎛ I 2внб max − I ср.т ⎞ ⎟ ⋅ 100, к т = кн ⋅ ⎜ в ⎜ I −1 ⎟ кач ⎝ ⎠ фф надежности,, р равен 1,3 , о. е.;; где к н – коэффициент в I кач – ток качания (2.29), приведенный ко вторичной стороне защиты, А, в I кач = I кач ⋅ к сх ; кI I 2внб max – ток обратной последовательности небаланса вторичный при качании в системе, А, I в 2 нб max к сх = к нб ⋅ I кач ⋅ , кI где к нб – коэффициент небаланса, равный 0,028 о. е.; У Уставка коэффициента фф торможения выставляется дискретно из диапазона 37,5%; 37 5% 10%; 15%. Расчет органа тока нулевой последовательности Ток срабатывания защиты определяется отстройкой от броска тока намагничивания трансформатора, А, I сзО = 0 ,3 ⋅ I номТР , где I номТР – номинальный ток трансформатора со стороны включения его в сеть, А, I номТР = S ном ТР . 3U номТР Ток срабатывания реле, А, I срО к сх = ⋅ I сзО , кI Уставка реле, о. е., I уст = I срО ном I пдэ , выставляется в диапазоне (0,05-0,2; 0,2-0,8; 0,8-3,2) о. е. через 0,1. Чувствительность проверяется коэффициентом I к(1)min ⋅ к сх кч = ≥ 2, ном I срО ⋅ I пдэ ⋅ к I (1) д I кmin – ток,, протекающий р щ через р защиту щ у при р однофазном д ф коротком р замыкании в конце ц где защищаемой линии в минимальном режиме работы системы. ШКАФ ЗАЩИТ ШДЭ 2801 Шкаф защит типа ШДЭ 2801 предназначен для применения в качестве основной или резервной защиты воздушной линии электропередачи напряжением 110-220 кВ с двухсторонним питанием, а также в качестве резервной защиты ЛЭП 330 кВ, на которых не установлены уустройства р ОАПВ. ШДЭ 2801 обладает следующими возможностями: - современными характеристиками дистанционных и токовых органов р в части лучшей у отстройки р от нагрузочных ру режимов; р - повышенной чувствительностью к удаленным коротким замыканиям; - лучшей отстройкой от качаний в энергосистеме, в том числе при наличии тяговой нагрузки; - меньшим потреблением мощности по вторичным цепям защит; - возможностью дублирования защит; - удобством проверки; ‐ высоким быстродействием. Структурная схема шкафа защит ШДЭ 2801 Шкаф ШДЭ 2801 содержит основной комплект защит, в состав которого входят: ‐трёхступенчатая дистанционная защита, предназначенная р д для д д действия при р всех видах д многофазных ф коротких замыканий (трехфазных, двухфазных, двухфазных на землю); ‐токовая защита, содержащая четырехступенчатую токовую защиту нулевой последовательности от коротких замыканий на землю и токовую отсечку (МТО) от междуфазных коротких замыканий в качестве резервной защиты; ‐реле тока КА для устройства резервирования при отказе выключателей (УРОВ); ‐блок б питания мощностью 50 Вт. В A B C 1 2 3 4 5 6 SG1 3 4 5 6 3 4 А3 Т 104 Е7 Т 101 Токовая отсечка Е6 3 1 2 4 5 6 7 8 Д 105 Е16 108 148 +220 A B C N -220 1ДТАВ 3 4 1ДТВС 12 5 6 1ДТСА 15 1 2 2ДТАВ 10 18 3 4 2ДТВС 5 6 2ДТСА 13 19 16 4а 4b ДНАВ 11 6а 6b ДНВСС 14 8а 8b ДНСА 10а 8b 12а 10b 22b 24b ДНБНН БРЭ 2301 Е1 Е7 SG3 А2 1 2 9 17 20 Д102 Д N H U K SG2 Реле тока УРОВ на выходное реле А1 Структурная схема шкафа защит ШДЭ 2801 Л101 БЛ Л10 03 БЛ Л Структурная схема шкафа защит ШДЭ 2801 (продолжение) Основные органы и зашиты ШДЭ 2801 р Д ‐ токовая защита шкафа ШДЭ 2801; ‐ междуфазная токовая отсечка междуфазная токовая отсечка (МТО); ‐ измерительные органы защиты от замыкания на землю; ‐ орган направления мощности нулевой последовательности; ‐ орган выявления неисправности в цепях напряжения нулевой последовательности; кп 1.0 0.8 Амплитудно‐частотная характеристика фильтра органа выявления неисправностей 0.6 0.4 0.2 f 50 100 150 Гц ‐ блокировка при качаниях; блокировка при качаниях; ‐ блокировка при неисправностях в цепях переменного напряжения; р ‐ реле тока УРОВ; ‐ дистанционная защита шкафа ШДЭ 2801; ‐ реле сопротивления; реле сопротивления; U kU kU I DH СС Ф1 / // П Ф2 DT Фn ФИН РО Структурная схема реле сопротивления Uвых ω схемы сравнения с реагирующим органом РО: а – короткое замыкание вне зоны действия; б – короткое замыкание в зоне действия р д Временные диаграммы работы ω Расчет параметров дистанционной защиты I ступень ДЗ Первичное сопротивление срабатывания защиты, Ом: - отстройка от междуфазных КЗ в конце линии I Z сз = к н1 ⋅ Z w , где к н1 – коэффициент надежности, равный 0,87 о. е.; Z w – комплексное сопротивление защищаемой линии, Ом; отстройка й от короткого замыкания за отпайками й ⎛ ⎞ Z Z I = к н1 ⋅ ⎜ Z I + отв1 + Z II + отв2 + ... + Z III ⎟ , Z сз ⎜ ⎟ к тр1 к тр2 ⎝ ⎠ где Z отв1 , Z отв2 – комплексные сопротивления ответвлений, Ом; к тр1 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов, протекающих по защищаемой щ щ линии и ответвлению при р трехфазном р ф коротком р замыкании за ответвлением в максимальном режиме работы системы, о. е.; Z I – комплексное сопротивление участка от начала защищаемой линии до первой отпайки, Ом; Z II – комплексное сопротивление участка защищаемой линии от первой до второй отпайки, Ом; Z III –комплексное сопротивление от последней отпайки до конца защищаемой линии, Ом; отстройка от короткого замыкания в конце параллельной линии при ее каскадном отключении I ступень ДЗ - отстройка от короткого замыкания в конце параллельной линии при ее каскадном отключении Z I сз ⎛ ⎞ к н2 I ⎜ ⋅ Z сз парал w ⎟ ⋅ d , = к н1 ⋅ Z w + ⎜ ⎟ к тр3 ⎝ ⎠ где к н2 – коэффициент надежности, равный 0,44 о. е.; фф токораспределения, равный й отношению токов, протекающих по защищаемой й к тр3 – коэффициент и параллельной ей линии и каскадном отключении последней при трехфазном коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме работы системы, о.е., к тр3 = (3) I кmax.w (3) I кmax.парал w ; фф равен d – коэффициент, d= sinφ з sinφ мч sinφ , где φ з – угол расчетного выражения между активной и реактивной составляющими сопротивления линии электропередачи при коротком замыкании, эл. град.; ϕ мч – угол максимальной чувствительности реле сопротивления, равен 75˚. Дальнейший расчет ведется по меньшему из рассчитанных значений I Z сз . I ступень ДЗ Вторичное сопротивление срабатывания реле, Ом, Z I ср кI I = ⋅ Z сз . кU Тип реле и уставка: N уст = где Z уст min Z уст min Z I ср ⋅ 100 %, – минимальная уставка реле для I и II ступени защиты, равная 0,25; 0,5; 1,0 Ом. Уставка выставляется ступенчато (6; 12; 25; 50; 100 %) и плавно в пределах половины диапазона ступени. Коэффициент чувствительности защиты, о. о е., е , определяется выражением к чI I к(3)min ⋅ к сх = ≥ 1,3 , к I ⋅ I тр (3) где I к min – ток по защищаемой линии при трехфазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме работы системы; I тр – ток точной работы реле сопротивления I и II ступени защиты, равный 1,5; 3,0; 6,0 А. II ступень ДЗ Сопротивление срабатывания защиты, Ом: - отстройка от защит смежных участков II Z сз где ⎛ ⎞ к н2 I ⎟ ⎜ = к н1 ⋅ Z w + ⋅ Z сз смw ⋅ d , ⎟ ⎜ к тр4 ⎠ ⎝ к н2 – коэффициент надежности для одноцепной линии электропередачи, равный 0,78 о. е.; к н2 – коэффициент надежности для двухцепной линии электропердачи, равный 0,66 о. е.; к тр4 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по защищаемой и смежной линиям при трехфазном коротком замыкании в конце последней в максимальном режиме работы системы,, о. е.,, к тр 4 (3) I кmax.w = (3) I кmax.см кmax см w , I Z сз смw – сопротивление срабатывания защиты смежной линии первой ступени, Ом; II ступень ДЗ - отстройка от короткого замыкания за трансформатором в конце линии Z где II сз ⎛ Z тр ⎞ ⎜ ⎟⋅d, = к н1 ⋅ Z w + ⎜ к тр5 ⎟⎠ ⎝ Z тр – сопротивление (авто)трансформатора соответствующей стороны, Ом; к тр5 – коэффициент токораспределения, о. е.; - отстройка при отсутствии параллельной линии, смежного участка ВЛ или трансформатора ответвления, Ом: II Z сз = к н3 ⋅ Z w , где к н3 – коэффициент надежности надежности, равный 1 1,25 25 о о. е. е За основу принимаем меньшее из полученных значений II Z сз . Вторичное сопротивление срабатывания реле, Ом: Z II ср кI II = ⋅ Z сз . кU II ступень ДЗ Коэффициент чувствительности, о. е.: конец защищаемого участка к Z IIсз sinϕ мч = ⋅ ≥ 1,5 , Z w sinϕ з II ч где φ з – расчетный угол между активным и индуктивным сопротивлением линии электропередачи, взятый за основу; ϕ мч – угол максимальной чувствительности реле сопротивления, равный 75˚; по току точной работы (3 ) к II ч I к min.w ⋅ к сх = ≥ 1,5 , к I ⋅ I тр (3) где I к min.w – ток по защищаемой линии при трехфазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме ЭС, А. Если коэффициент чувствительности меньше требуемого ПУЭ, то защита отстраивается от II ступеней защит смежных линии электропередачи по аналогичному алгоритму. Время срабатывания защиты, с, t сзII = t сзI см. эл. + Δ t , где Δ t – ступень селективности, равна 0,5 с; t сзI см. эл. - время срабатывания I ступени защиты смежной ЛЭП. III ступень ДЗ Сопротивление срабатывания защиты, Ом: - отстройка от максимального тока нагрузки Ш Z сз = где кн 0,9 ⋅ U ном sinϕ н ⋅ 3 ⋅ к н ⋅ к в ⋅ I w ⋅ cos(ϕ мч − ϕ нагр ) sinϕ мч – коэффициент надежности, равный 1,1-1,2 о. е.; к в – коэффициент возврата, равный 1,1 о. е.; Iw– ток, протекающий по защищаемой линии электропередачи в режиме максимальной нагрузки, кА; ϕ н – угол нагрузки, нагрузки находящийся в диапазоне 26˚-32˚; 26 32 ; U ном – номинальное напряжение защищаемой линии, кВ. Сопротивление срабатывания реле, Ом, Z III ср кI III = ⋅ Z сз . кU Выбор типа реле и расчет уставки реле производится аналогично предыдущей защиты. Минимальная уставка для III ступени защиты выбирается из диапазона (0,5; 1,0; 2,0 Ом). III ступень ДЗ Коэффициент чувствительности III ступени защиты: в зоне защищаемого участка к чIII III ) Z сз sinϕ мч I к(3min III w ⋅ к cх ≥ 1,5 , или к ч = = ⋅ ≥ 1,3 , к I ⋅ I тр Z w sinϕ н (3 ) где I кmin w – ток по ветви защищаемой линии электропередачи при трехфазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме работы системы, А; в конце зоны действия й к чIII где к тр8 III sinϕ з Z сз ⋅ = ≥ 1,25 , Z см.элем. sinϕ мч Zw + к тр8 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по защищаемой линии и смежному участку при трехфазном коротком замыкании за последним в максимальном режиме работы системы; отстройка от максимального нагрузочного режима, град., γ = γнагр max + γ доп , где γ доп – дополнительный угол боковой характеристики реле сопротивления, равный 12˚. Угол γ должен попадать в зону действия реле 35 35˚- 47о. Время срабатывания защиты, с, t сзIII = t сзIIIсм эл + Δ t . Расчет параметров токовых защит Междуфазная М д ф токовая отсечка Ток срабатывания защиты, А: отстройка от короткого замыкания по концам защищаемой линии I сзмто = к н ⋅ I к((3)вн) max, где к н – коэффициент надежности при выполнении защиты на постоянном оперативном токе, равный 1,1-1,3 о. е.; к н – коэффициент надежности при выполнении защиты на переменном оперативном токе, равный 1,4-1,6 о. е.; I к(3)вн max – ток, протекающий по защищаемой линии при трехфазном коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме работы системы, А; отстройка от тока качания I сзмто = к н ⋅ I кач , где I кач – ток качания линии, А. Дальнейший расчет ведется по большему из полученных значений. р р реле,, А,, Ток срабатывания I ср = к сх мто ⋅ I сз , кI где к сх – коэффициент схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока; к I – коэффициент трансформации трансформатора тока. III ступень ТЗ Выбор типа реле и выставление уставки для реле Т-101: I ууст = I ууст min ⋅ (1 + ∑ θ) , где I уст min – минимальная уставка, равная 1,75 А ; ∑ θ – сумма цифр, набранных на шкале реле в отжатом состоянии кнопок из диапазона (0; 1; 3 9; 3; 9 27); 27) диапазон уставок реле 1,75-140 А. Коэффициент чувствительности защиты кч = I к(2)min.w I мто сз ≥ 2, (2) где I к min.w – ток, ток протекающий по ветви защищаемой линии электропередачи при двухфазном i коротком замыкании в зоне действия защиты в минимальном режиме работы системы. Токовая защита нулевой последовательности I ступень – токовая отсечка нулевой последовательности Ток срабатывания защиты, А: отстройка от однофазного короткого замыкания в конце защищаемого участка, А, (1) I сзI = к н1 ⋅ 3 I 0 = к н1 ⋅ I кmax w, где к н1 – коэффициент надежности, равный 1,1-1,3 о. е.; (1) 3 I 0 = I кmax w – ток, протекающий по защищаемой линии при однофазном коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме работы системы при отключенной параллельной цепи ЛЭП; отстройка от броска тока намагничивания трансформатора I сзI = C б( к ) ⋅ U ном 3 ⋅ X I + X w + X т( 1 ) ( ), Cб( к ) – коэффициент затухания броска тока при данном виде включения, равный 0,84 о. е. при номинальном напряжении защищаемой ЛЭП U ном = 110 кВ; 0,92 0 92 о. о ее. при U ном = 220 кВ где для однофазного включения трехфазных трансформаторов; XI Xw – эквивалентное сопротивление от источника питания до защищаемой линии, Ом; – сопротивление защищаемой линии, Ом; I ступень ТЗНП X т( 1 ) – индуктивное сопротивление прямой последовательности (авто)трансформатора, включенной под нагрузку со стороны питания, Ом: для трансформаторов мощностью до 63 МВ·А X (1) т = ( 12,7 + u к ) / 1,35; для трансформаторов ф мощностью 75-125 МВ·А А X (1) т = ( 21,7 + u к ) / 1,35 ; для автотрансформаторов мощностью 32-63 32 63 МВ·А МВ А X (1) т = ( 12,7 + u к ) / 1,3 ; для автотрансформаторов мощностью 75-180 МВ·А X (1) т = ( 25,7 + u к ) / 1,3 ; для автотрансформаторов мощностью 200-240 МВ·А X (1) т = ( 35,0 + u к ) / 1,28 ; обмотки I ступень ТЗНП - отстройка от тока срабатывания первой ступени защиты параллельной линии и каскадном отключении ее I сзI = к н1 ⋅ к тр 1 ⋅ I сзI парал w , I где I сз w – ток срабатывания защиты первой ступени параллельной линии; ((I)) I 0 = I кmax w – ток по параллельной й линии электропередачи при однофазном ф коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме ЭС при отключенной защищаемой линии, А; к тр1 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по защищаемой и параллельной ей линии при каскадном отключении последней и однофазном коротком замыкании в ее конце в максимальном режиме работы системы, о. е., к тр1 = (1) I кmax.w (1) I кmax.w . Для дальнейшего расчета берем большее из полученных значений. Выбор типа реле и определение уставки реле Т102, Т103 производим аналогично реле Т101, минимальная уставка первой ступени ТЗНП I уст min = 1,75 А. I ступень ТЗНП Коэффициент чувствительности: (1) I w к чI = кmin ≥ 1,3 , I I сз где (1) I кmin w – ток, протекающий через защиту при однофазном коротком замыкании в конце линии и каскадном отключении ее в минимальном режиме работы системы. II ступень – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени Ток срабатывания защиты: - отстройка от защит смежных элементов I сзII = к н1 ⋅ к тр2 ⋅ I сзI см эл , где к тр 2 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по защищаемой и смежной линиям при однофазном коротком замыкании за последней в максимальном режиме работы системы; I сзI см эл – ток срабатывания первой ступени защиты смежной линии; отстройка от однофазного автотрансформатора короткого замыкания за обмоткой среднего напряжения I сзII = к н1 ⋅ к тр 3 ⋅ I к(1)max АТ(сн) , где к тр3 – коэффициент токораспределения, равный отношению токов по защищаемой линии и средней обмотке автотрансформатора при однофазном коротком замыкании за ней в максимальном режиме работы системы, к тр3 = (1) I кmax w (1) I кmax АТ( ) АТ(сн) ; отстройка от тока намагничивания трансформатора; отстройка от короткого замыкания в конце параллельной линии и каскадном отключении ее. II ступень – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени Для дальнейшего расчета берем больший из полученных значений I сзII . Ток срабатывания реле, А, I срII = к сх II ⋅ I сз кI Минимальная уставка реле второй ступени ТЗНП равна 0,75 А. Коэффициента чувствительности к где II ч = (1) I кmin w I II сз ≥ 1,5 , (II) I кmin w – ток, протекающий по ветви защищаемой линии при однофазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме работы системы при отключении смежной ЛЭП на приемном конце. Время р срабатывания р защиты, щ , с,, t сзII = t сзI см эл + t уров + Δ t . Третья ступень – токовая отсечка нулевой последовательности с выдержкой времени Расчет параметров производится по алгоритму, аналогичному для параметров второй ступени защиты, в случае когда коэффициент чувствительности второй ступени не удовлетворяет требованиям ПУЭ. III Ток срабатывания защиты I cp определяется условием отстройки от параметров второй ступени защиты смежного элемента. При этом ток минимальной уставки реле Т102 и Т103 третьей ступени ТЗНП равен 0, 5 А. Четвертая ступень – максимальная токовая защита нулевой последовательности Ток срабатывания зашиты, А: Отстройка от тока небаланса в нулевом проводе при трехфазном коротком замыкании за р у р д р р ф р трансформатором на отпайке или в конце линии I сзIV = к н ⋅ I нб , где к н – коэффициент надежности, равный 1,2-1,3 о. е.; I нб – ток небаланса,, протекающий р в нулевом у проводе р при р внешнем трехфазном р ф коротком р замыкании, А, (3) I нб = к нб ⋅ I к.вн. max w , Четвертая ступень – максимальная токовая защита нулевой последовательности где (3) I к.вн ток протекающий по защищаемой линии при трехфазном коротком замыкании за max w – ток, трансформаторами и на стороне низшего напряжения рассматриваемого и противоположного концов линии, А; к нб автотрансформаторов – коэффициент фф небаланса; б к – кратность тока, о. е., (3) I к.вн max w к= , Iw где Iw – ток, протекающий по защищаемой линии в режиме максимальной нагрузки , А. Т срабатывания Ток б реле, А А, I срIV = к сх IV ⋅ I сз . кI Выбор типа реле и выставление уставки, А, реле Т102 или Т103 I уст = I уст min ⋅ (1 + ∑ θ ), где д I уст min – минимальная у уставка реле р четвертой р ступени у ТЗНП,, равная р 0,25 , А. Коэффициент чувствительности: конец защищаемого участка к IV ч = I к(1)mini w I IV сз ≥ 1,5 , подстанций Четвертая ступень – максимальная токовая защита нулевой последовательности где I к(1)min w – ток, протекающий по защищаемой линии при однофазном коротком замыкании в ее конце в минимальном режиме работы системы; конец зоны действия к где I к(1)min w – IV ч = I к(1)min w I IV сз ≥ 1,25 , ток, протекающий по защищаемой линии, при однофазном коротком замыкании в конце смежной линии в минимальном режиме работы системы. Время срабатывания защиты, с, t сзIV = t сзIIIсм эл + t уров + Δ t , где t сзIIIсм эл – время срабатывания третьей ступени ТЗНП смежного участка, с; t уров – время срабатывания УРОВ, равное 0,3 с; Δ t – ступень селективности, равная 0,5 0 5 с. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ - прохождение через трансформатор сверхтоков при повреждении других элементов, р ф р р ; связанных с трансформатором; - перегрузка; - выделение из масла горючих газов; - понижение уровня масла, повышение его температуры. Защиты трансформаторов должны удовлетворять следующим условиям: 1 отключать трансформатор 1. ф от всех источников питания при его повреждении; 2. отключить трансформатор от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтоков в случаях повреждения шин или другого оборудования, оборудования связанного с трансформатором, а также при повреждении смежного элемента и отказа защиты на нем или выключателе; 3. подавать предупредительный сигнал дежурному подстанции при перегрузке трансформатора, выделении газа из масла, понижения уровня масла, повышении его температуры. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ 1. Основные защиты реагируют на все виды повреждений трансформатора или ав 1 автотрансформатора и действуют на отключение выключателей со всех сторон без выдержки времени. а) продольная дифференциальная токовая защита от всех видов замыканий на выводах и в обмотках сторон с заземленной нейтралью, а также от многофазных замыканий на выводах и в обмотках сторон с изолированной нейтралью, для трансфортрансфор маторов малой мощности (до 6,3МВ·А) может быть использована токовая отсечка или дифференциальная отсечка; б) газовая защита от замыканий внутри кожуха объекта, сопровождающихся выделением газа, а также при резком понижении уровня масла; РЕЗЕРВНЫЕ ВИДЫ ЗАЩИТ 2. Резервные защиты резервируют основные защиты и реагируют на внешние КЗ действуя КЗ, й на отключение с двумя выдержками времени: с первой выдержкой времени отключается выключатель одной из сторон низшего напряжения (обычно той, где установлена защита); со второй — все выключатели трансформатора. Резервные защиты от междуфазных повреждений имеют несколько вариантов исполнения: а) б) МТЗ без пуска по напряжению; МТЗ с комбинированным пуском по напряжению; в) МТЗ обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ; г) дистанционные защиты автотрансформаторов. Резервные защиты от замыканий на землю выполняются в виде МТЗ нулевой последовательности. 3. К защитам, действующим на сигнал, относятся: а) защита напряжения нулевой последовательности от замыканий на землю на сстороне оро е низшего з е о напряжения р е (НН), ( ), р работающей бо юще в ре режимее с изолированной зо ро о нейтрае р лью; эта защита применяется при наличии синхронного компенсатора или, когда возможна работа с отключенным выключателем на стороне низшего напряжения; б) МТЗ от симметричной перегрузки, для трансформаторов с односторонним питанием устанавливается только со стороны питания (если одна из обмоток имеет мощность щ 60 %,, то защита щ от перегруза р ру устанавливается у и на этой стороне), р ), для д автотрансформаторов и трехобмоточных трансформаторов с двухсторонним питанием защита от перегрузки устанавливается на каждой стороне, а для автотрансформаторов еще и на стороне нулевого вывода общей части обмотки; защита выполняется с токовым реле в одной фазе и независимой выдержкой времени, действующей на сигнал; в)) газовая защита, щ ,д действующая у щ на сигнал при р медленном д выделении д газа. ЗАЩИТЫ ОТ МНОГОФАЗНЫХ КЗ Токовая отсечка На трансформаторах мощностью ниже 6300кВА, работающих единично, и трансформаторах мощностью ниже 4000кВА, работающих параллельно, устанавливается токовая отсечка (ТО). Ток срабатывания при КЗ за трансформатором: I ср = к н к сх I кз . max nТ где Iкз.max - максимальный ток КЗ, протекающий через трансформатор при к.з. за ним; кн – коэффициент надежности равный 1,3-1,4 для реле типов ЭТ-521, РТ-40, действующих через промежуточный реле; 1,5-1,6 – для реле типа РТ-80. Чувствительность ТО характеризуется коэффициентом чувствительности: I кз к сх кч = ≥2 I ср nТ где Iкз – ток к.з. при КЗ на вводах трансформатора со стороны питания. Дифференциальная отсечка Дифференциальная отсечка – это диф.защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Ток срабаф определяется р главным образом р тывания диф.отсечки условием отстройки от броска тока намагничивания: I с. з. = к н I ном где кн – коэффициент надежности равный 3 3-4. 4 Ток срабатывания диф.отсечки определяется также и по условию отсройки от тока небаланса, который вычисляется по формуле: I нб . расч . = I 1нб . расч . + I 2 нб . расч . Из двух условий выбора тока срабатывания принимается больший. Основным достоинством диф.отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является больший ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной: I кз . min кч = ≥ 2(1,5) I с. з. Продольная дифференциальная токовая защита Применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов в следующих случаях: 1. На одиночно работающих трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше. 2. На параллельно работающих трансформаторах мощностью 1000кВА и выше. 3. На трансформаторах мощностью 1000кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности кч>2. II I1 KA1 III I2 Особенности, влияющие на выполнение диф.защиты трансформаторов: 1. Наличие намагничивающего тока. 2 Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ 2. Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ. 3. Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформатров. I AI I AI I BI ICI ВН 1Т I CI Iа I а1 I BI I AI I BI Iв Iс I в1 I CI I с1 KA1 I аI I вI КА2 ВН I AI I AI I I BI I BII ICI I C II I AI I I AI I CI I BII I BI I C II I AI I BI ICI I сI I а2 I BII 2Т Iв I C II 2 I с2 НН I AI I I в2 I AI I Iв Iс КА3 НН Iа I с2 I C II I BII I а2 Диф.защита с РНТ‐565 Расчет производится в следующем порядке: 1. Определяется ток срабатывания защиты по условиям: а) I с. з . = к н I ном кн=1-1,3 б) I с. з. = к н I нб . кн=1,3; I нб . = I1нб . расч . + I 2 нб . расч . Принимается большее П б значение тока срабатывания. 2. Определяются первичные токи во всех обмотках защищаемого трансформатотрансформато ра и вторичные токи в плечах диф.защиты. Схема продольной дифференциальной токовой защиты с реле РНТ 565 защиты с реле РНТ‐565 Диф.защита с РНТ‐565 3. Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным ток сх I с. з. I = ср .1 ком: nТ 1 где nT1 – коэффициент трансформации ТТ с большим вторичным током. 4. Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, w1 = которая называется основной: 100 I ср.1 В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков выбирается ближайшее меньшее число витков: wосн . = w уст. раб . + w уст. ур . 5. Определяется число витков со стороны с меньшим вторичным током, которая называется неI1 wосн. − I 2 wнеосн. = 0 откуда основной: wII = wосн. I1 = w уст. ур 2 + wуст. раб . I2 6. После расчета числа витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется ток небаланса, вызванный й неточной й компенсацией й вторичных токов в плечах диф.защиты. ф О Определяют суммарный й Iнб.. 7. Определяется кч. кч = I р.полн. I ср.1 ≥2 где Iср.1 – вторичный й ток срабатывания, б отнесенный й к основной й стороне I р. расч. = к сх. I кз. min nТ 1 Диф.защита с торможением ф Iр Iр при кз. в зоне с торможением I1 с БНТ Т1 б КА Iнб Т2 а I2 Iнб.max Iо Iкз.max Iкз Газовая защита Газовая защита (ГЗ) устанавливается на трансформаторах (автотрансформаторах) и реакторах р р с масляным охлаждением, имеющих расширители. Газовое реле BF‐80/Q КТ1 КА1 1В КА1 КТ1 о тклю чен ие 1В КТ2 КА2 КТ2 КА2 ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА K L 1 .1 о т к л ю ч ен и е 1 В K L 1 .2 2В о тклю чен ие 2В Защита трансформаторов (автотрансформаторов) от сверхтоков при внешних КЗ В качестве защиты от сверхтоков при м.ф.к.з. служит обычно МТЗ, МТЗ с пуском минимального напряжения, МНЗ, МТЗ обратной последовательности (МТЗОП). (МТЗОП) Для Д защиты от сверхтоков при однофазных к.з. используется МТЗ и МНЗ нулевой последовательности (МНЗНП). КL1 + КТ1 КА1 КТ1 о т к л ю ч ен и е 1 В КТ2 КА2 1В КА1 КТ2 о т к л ю ч ен и е 2 В КТ3 КА3 ВН СН Y Y 3В НН К Т 3 .2 КL1 КА2 КА3 К Т 3 .1 о тклю чен ие 1В K L 1 .1 2В о тклю чени е 1В K L 1 .2 K L 1 .3 о т к л ю ч ен и е 2 В о тклю чени е 3В - РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА Щ ТРАНСФОРМАТОРА «СИРИУС» Блок микропроцессорной защиты типа “Сириус - Т” предназначен для использования в качестве основной защиты двухобмоточного (в том числе с расщеплённой обмоткой) трансформатора с высшим напряжением 35 – 220 кВ. В Также Т возможно использование в качестве дифференциальной защиты реактора или мощного синхронного двигателя Устройство “Сириус теля. Сириус - Т Т” является современным цифровым уст устройством релейной защиты и противоаварийной автоматики и представляет собой комбинированный многофункциональный прибор, объединяющий различные функции защиты, контроля и сигнализации. Структурная схема устройства “Сириус Сириус - Т Т” 1, 2 – датчики тока; 3 – АЦП; 4, 5 – цифровая сборка в звезду и треугольник; 6, 7 – уставки МТЗ ВН и НН; 8 – дифференциальная защита; 9 – МТЗ ВН; 10 - МТЗ НН; 11, 12, 13, 14 – выходные реле Программное обеспечение системы «Старт» Программное обеспечение предназначено для повышения эффективности работы персонала электрических станций и подпод станций, оборудованных устройствами, имеющими интерфейс линии связи и протокол обмена локальной приборной сети «Старт». В состав пакета входят четыре программы: - программа слежения за устройствами; - программа работы с базой данных; - программа настройки параметров: - программа просмотра осциллограмм. Окно настройки параметров системы РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРОВ ПОВРЕЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ К электрическим повреждениям относятся однофазные и многофазные замыкания в обмотках статора и замыкания на землю. Опасность для генератора при повреждениях в обмотке статора – это дуга. Дуга, перекинувшись на корпус статора, вызывает оплавление активной стали корпуса. у непосредственной р опасноЗамыкание на землю в одном месте цепи возбуждения сти не представляет, однако возникновение пробоя в втором месте приводит к тяжелому повреждению. В этом случае необходима быстрая ликвидация аварии. Основные ненормальные режимы работы: сверхтоки при внешних к.з., перегрузка, потеря возбуждения, недопустимое увеличение напряжения (для гидрогенераторов) Особенно опасны для генераторов внешние несимметричные к.з. ров). к з и несимметнесиммет ричные перегрузки. Повреждение обмотки статора генератора Многофазные КЗ относятся к наиболее тяжелым повреждениям генератора. Они сопровождаются р р большими токами,, в несколько раз р превышающие р номинальный ток. Для защиты от многофазных КЗ на всех генераторах мощностью выше 1000кВт при наличии выводов отдельных фаз со стороны нейтрали устанавливается продольная дифференциальная защита защита, действующая на отключение генератора. На генераторах малой мощности устанавливаются более простые защиты: МТЗ, токовая отсечка, устанавливаемые со стороны выводов генератора, а также автоматы и плавкие предохранители. Однофазные замыкания на землю (корпус генератора) в крупных генераторах напряжением 2 кВ и выше выше, работающих с изолированной нейтралью нейтралью, сопровождаются в месте повреждения прохождением небольших токов по сравнению с токами многофазных КЗ. Однако длительное протекание тока и горение дуги в месте замыкания на корпус генератора могут привести к выгоранию изоляции и значительному оплавлению стали статора, после чего придется де с проводить ро од продолжительные родо е е ремонты. ре о . Повреждение обмотки ротора генератора Замыкания на землю в одной точке цепи возбуждения не оказывает влияния на нормальную работу генератора, ток в месте повреждения не проходит и симметрия магнитного поля не нарушается. Однако наличие одного замыкания на землю уже представляет некоторую опасность для генератора, т.к. в случае замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения часть обмотки окажется замкнутой накоротко. Замыкание на землю в двух точках цепи возбуждения сопровождается сильной вибрацией из-за несимметрии магнитного потока. Дуга в месте замыкания может привести к значительному повреждению обмотки ротора и стали ротора. Из-за сильной вибрации замыкание в двух точках цепи возбуждения особенно опасно для синхронных машин с выступающими полюсами, какими являются гидрогенераторы и синхронные компенсаторы. Вследствие В этого на генераторах с выступающими полюсами и на синхронных компенсаторах усщ от замыканий в одной д точке цепи ц ротора, р р , а от замыкатанавливается защита ний в двух точках такие генераторы и СК должны быть выведены из работы. Ненормальные режимы работы генераторов Перегрузка статора током больше номинального влечет за собой перегрев и разрушение изоляции обмотки, что может, в конечном счете, привести к многофазным КЗ и замыканию на землю. В эксплуатацию все больше внедряются мощные турбогенераторы с непосредственным или как говорят, с фразированным охлаждением обмоток, в р охлаждающая среда р ((водород р или вода)) циркулирует р у ру внутри у р токоведущих у которых стержней, благодаря чему обеспечивается лучше охлаждение и более высокие плотности тока. Эти генераторы допускают значительную меньшую перегрузку, чем генерар с косвенным охлаждением. д Д Для того,, чтобы д дежурный ур персонал р своевременно р торы принял меры к разгрузке генератора, устанавливается токовая защита от перегрузки, действующая на сигнал. Для предотвращения Д р д р щ повреждения р д генератора р р в случае, у , если КЗ не будет уд отключено защитами линий или трансформаторов, служит МТЗ с пуском или без пуска по напряжению, действующая на отключение генератора. Повышение напряжения на выводах обмотки статора может привести с пробою изоляции и возникновению в генерагенера торе многофазных КЗ. К ненормальным режимам относятся также работа синхронного генератора без возбуждения (например (например, при отключении АГП) АГП), так называемый асинхронный режим режим. ЗАЩИТА ОТ МНОГОФАЗНЫХ КЗ В ОБМОТКЕ СТАТОРА Основной защитой генератора от многофазных КЗ в обмотки статора является продольная диф.защита. В настоящее время на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются, главным образом, б две схемы продольной й диф. ф защиты. Схема применяемая на генераторах мощностью меньше 30 МВт + KA1 KH KL KA2 * R R * от других защит KA1 KA2 KL ЭО KL к АГП В Схема применяемая на генераторах мощностью более 30 МВт + РНТ1 от других защит KH KL РНТ2 * РНТ1 РНТ3 KL ЭО РНТ2 KL к АГП * - РНТ3 KA1 на сигнал KA1 реле КА1 контролирует исправность проводов. В Расчет уставок продольной диф.защиты. Ток срабатывания продольной диф.защиты выбирается по условию отстройки от тока небаланса, проходящего в реле при внешних КЗ: КЗ I с. з . = к н I нб . расч . д кн – коэффициент фф ц надежности д равный р 1,2-1,3; , , ; где Iнб.расч. – наибольшее значение тока небаланса при внешнем к.з. или асинхронном ходе. Определяется согласно следующему выражению: I нб . расч . = к ап к одн f i I к . з . max кап – коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность ТТ в переходном процессе и принимается равный 1 при использовании реле РНТ-565 и 1,5-2 для защит с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ; кодн – коэффициент фф однозначности, принимаемый й равный й0 0,5; 5 fi – относительная величина погрешности ТТ равная 0,1; Iк.з.max – периодическая составляющая тока КЗ (при t=0), которая проходит по ТТ при внешнем металлическом КЗ на шинах генераторного напряжения. напряжения Продольная диф.защита генератора во всех случаях должна обеспечивать кч>2 при КЗ на выводах генератора: кч = I к . з. min ≥2 I с. з. Расчетный ток КЗ определяется для двух режимов: повреждение при обычно работающем генераторе (ток только от генератора) и повреждение генератора включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту КЗ подходит только от сети. По наименьшему определяется кч. ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ ВИТКОВЫХ ЗАМЫКАНИЙ KA1 + KA1.1 Ф Ток срабатывания рассчитывается по формуле: I с. з. = (0,2 − 0,3) I ном . КН к выходным реле защиты ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ + от токовых защит генераторов V Y Y KA1 KA2 KT KA2 Y KA1 KL KL - KT KH к выходным реле защит ЗАЩИТА ГЕНЕРАТОРА ОТ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ Ток срабатывания чувствительного реле КА1 защиты от замыканий на землю должен удовлетворять следующим условиям: а) быть не выше 5А, для чтобы обеспечить отключение генератора при токах замыкания на землю 5А и выше Iс.з.≤5А б) быть выше тока небаланса, проходящего через ТНП при внешних многофазных КЗ. I с. з. = 1 ( 2 I сг + 1,5 I нб ) кв где Iсг – собственный емкостный ток генератора; кв – коэффициент возврата; Iнб – ток небаланса, б приведенный й к первичной й стороны ТНП ТНП. Первичный ток срабатывания грубого реле защит от замыканий на землю принимается порядка 10-200А. На генераторах мощностью 160МВт и более применяется защита ЗЗГ-1 ЗЗГ-1. Она состоит из органа нулевой последовательности первой гармоники и органа третьей гармоники. МТЗ с блокировкой по напряжению KV2 KV2 KV1 ФНОП А В С Y Y KA1 Г KA2 KA4 - + KA1 KA2 KL1 KT1 KA3 KA3 KL1 KV1 KT2 KA4 KT1 откл. выкл. KT2 и АГП сигнал МТЗ с блокировкой по напряжению Расчет уставок. Ток срабатывания: I ср. I ном = кн к в nТ где кн – коэффициент надежности равный (1 (1,1-1,2); 1 1 2); кв – коэффициент возврата. Напряжение срабатывания реле KV1: U ср = (0,5 − 0,6)U раб .ген Напряжение срабатывания U ср = 0,06U раб .ген реле KV2 принимается минимально возможным (обычно порядка 6В). 6В) Выдержка времени у МТЗ устанавливается на одну-две ступени выше выдержки времени защит трансформаторов и линий, отходящих от шин генератора напряжения. МТЗ от перегрузки Защита от перегрузки выполняется на одном токовом реле, т.к. перегрузка имеет место во всех трех фазах. Для того, чтобы защита не сработает при кратковременных перегрузках, в схему введено реле времени KT2 (см. рис.12.6). Расчет уставок. Ток срабатывания: I ср = к н I ном к в nТ где кн – коэффициент надежности равный 1,05. Выдержка времени устанавливается больше выдержки времени МТЗ генератора. На гидростанциях без постоянного дежурного персонала защита от перегрузки выполняется с двумя выдержками р времени: р с меньшей на снижение тока возбуждения у для у уменьшения тока статора р ис большей – на отключение генератора. Токовая защита обратной KV1 последовательности Y Y Ток срабатывания реле КА2: А В С I с. з. А = I ном 120 где А – постоянная величина для генератора данного типа. типа KV1 Г KA1 KT1 KA2 KA1 KA3 ФТОП Принято выбирать ток срабатывания реле КА2 так, чтобы он не превышал величины тока обратной последовательности, прохождение которого допустимо для генератора данного типа в течении 2мин. - + I с. з. = (0,3 − 0,7) I ном сигнал KT1.1 откл. выкл. KT1.2 АГП KA2 KA3 ЗАЩИТА ОТ ПОВЫШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ Защита от повышения напряжения генератора предотвращает опасное для изоляции статора повышение напряжения, возможное в случае отказа автоматического регулятора возбуждения (АРВ). Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень отключает генератор при увеличении напряжения статора генератора более 150% U ном . Вторая ступень отключает генератор при увеличении напряжения статора более 120% U ном в следующих режимах: в режиме холостого хода; в режиме сброса нагрузки. Расчёт защиты. Первая ступень. 1. Напряжение срабатывания защиты U СЗ = 1,5 ⋅ U ном = 1,5 ⋅13800 = 20700 В, где U ном - номинальное напряжение генератора, В. 2. Напряжение срабатывания реле U СР = где КU = U СЗ 20700 = = 150 В, КU 13800 /100 13800 100 - коэффициент трансформации трансформатора напряжения. Вторая ступень 1. Напряжение срабатывания защиты U СЗ = 1, 2 ⋅ U ном = 1, 2 ⋅13800 = 16560 В, где U ном - номинальное напряжение генератора генератора, В В. 2. Напряжение срабатывания реле U СР = U СЗ 16560 = = 120 В, КU 13800 /100 13800 К = где U 100 - коэффициент трансформации трансформатора напряжения. 3. В 3 Время срабатывания б защиты - в режиме холостого хода tСЗ = 0с ; - в режиме сброса нагрузки tСЗ = 3с . KV1 А В С KT KV1 KT KH1 к выходному реле защиты Защита от замыканий на землю в одной точке щ Тр ~220В сн с.н. Пр С KL Пр вал ротора KT + KA щетка KT KL + KL - к цепи у д возбуждения KL + KA К - сигнал ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОР‐ТРАНСФОРМАТОР, ЗАЩИТЫ БЛОКА ГЕНЕРАТОР‐ТРАНСФОРМАТОР ГЕНЕРАТОР‐АВТОТРАНСФОРМАТОР Основные защиты реагируют на все виды повреждений энергоблока и действуют на отключение всех выключателей энергоблока и ввод АГП. Для энергоблоков мощностью 150 МВт и выше одновременно даются команды на останов турбины и гашение котла. В качестве основных защит могут быть применены: а)отдельная продольная дифференциальная токовая защита генера‐тора от междуфазных а)отдельная продольная дифференциальная токовая защита генера тора от междуфазных повреждений в обмотке статора; б)продольная дифференциальная токовая защита трансформатора от всех видов замыканий на выводах и в обмотках с эффективно заземленной нейтралью, а также от междуфазных замыканий на выводах и в обмотках с изолированной нейтралью; в)общая продольная дифференциальная токовая защита энергобло‐ка от всех видов замыканий на выводах и обмотках с эффективно заземленной нейтралью, а также от междуфазных замыканий на выводах и в замыканий на выводах и в обмотках с изолированной нейтралью трансформаторов и в обмотках статора генераторов; для энергоблоков мощностью свыше 150 МВт эта защита может применяться в качестве резервной к защитам подп. а и б; г)односистемная поперечная дифференциальная токовая защита статора генератора от замыканий между витками одной фазы; д)газовая защита от замыканий внутри кожуха трансформатора или автотрансформатора, сопровождающихся выделением газа а также при резком понижении уровня масла; сопровождающихся выделением газа, а также при резком понижении уровня масла; е)продольная дифференциальная токовая защита ошиновки стороны ВН от всех видов КЗ на выводах и ошиновке при напряжении 330—500 кВ; ж)защита от повышения напряжения генератора с токовой блоки‐ровкой, которая устанавливается на энергоблоках мощностью 150 МВт и выше; з)защита от замыканий на землю в обмотке статора; и) защита от асинхронного хода; к) защита от перегрузки ротора; к) защита от перегрузки ротора; л) защита от повреждений вводов 500 и 750 кВ трансформаторов и автотрансформаторов. Резервные защиты : а)токовая защита обратной последовательности для действия при несимметричных КЗ и несимметричном перегрузе генератора; б)дистанционная защита для действия при междуфазных КЗ; в)МТЗ нулевой последовательности от замыканий на землю на сторонах с глухозаземленной у нейтралью р ((может выполняться направленной). р ) Защиты, действующие на сигнал: а)МТЗ генератора от перегрузки токами обратной последовательности; б)МТЗ от симметричной перегрузки блока; выполняется так же, как и защита генератора от симметричного перегруза; в)защита от замыканий на землю в цепях возбуждения генератора; г)защита максимального напряжения нулевой последовательности от замыканий на землю на генераторной стороне энергоблока; д)газовая защита, действующая на сигнал при медленном выделении газа. При выполнении релейной защиты блока генератор‐ трансформатор (генератор‐автотрансформатор) от р ф р р( р р р ф р р) междуфазных КЗ выполняется: ‐ продольная дифференциальная токовая защита генератора на базе реле РНТ‐565; р р р ; ‐ продольная дифференциальная токовая защита повышающего трансформатора на базе реле ДЗТ‐11; щ р ф р р р Д ; ‐ дифференциальная отсечка блока. Алгоритм расчета уставок дифференциальная отсечки: Ток срабатывания отсечки выбираются по условию: 1)отстройка от броска намагничивающего тока трансформатора I СЗ .ОТС = К ОТС ⋅ I НОМ 2)отстройка первичного тока небаланса I СЗ .ОТС = К ОТС . ⋅ I НБ .MAX где, Котс. – коэффициент отстройки, равный 1,5; I НБ .MAX ⎛ I ОТВ . РАБ . РАСЧ .2 − I ОТВ . РАБ .2 ⎞ ( 3) ⎟⎟ ⋅ I К = ⎜⎜ К а ⋅ К о ⋅ f i + Δ V + I ОТВ . РАБ . РАСЧ .2 ⎝ ⎠ где, Ка – коэффициент учитывающий переходный режим, принимается равный 3 при разнотипных трансформаторах тока и разных схемах соединений ТА защиты. ( 3) IK - ток трехфазного КЗ через трансформатор Вторичный относительный ток срабатывания отсечки. I СР.ОТС = I СЗ .ОТС . ⋅ K СХ 1 . K I 1 ⋅ I ОТВ. РАБ .1 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СБОРНЫХ ШИН Опыт эксплуатации показывает, что несмотря на благополучные условия для надзора и ухода за элементами распредустройств подстанций повреждения на их шинах все же имеет место. место К числу причин КЗ на шинах можно отнести: перекрытие шинных р и вводов д выключателей;; повреждение р д ТН и изоляторов установленных между шинами и выключателями; повреждение ТТ; поломка изоляторов разъединителей и воздушных выключателей во время операций; ошибки обслуживающего персонала. Для отключения КЗ применяют соответствующие защиты. в качестве таких защит на силовых трансформаторах применяются защиты от внешних КЗ, а на ЛЭП – МТЗ и ДЗ, однако эти защиты в основном выполняются с выдержками д р времени, р , а по уусловиям устойчивости в сети 110‐500кВ необходимо мгновенное отключение многофазных КЗ на шинах. Поэтому существует необходимость применения специальных защит. Дифференциальная защита шин I1 I1в I2 I2в I3 I4 Iр KA1 I3в I4в Неполная диф. защита шин KA1 Iн ГПП Защита шин 6‐10кВ Транс. всязи с ситемой KA2 KA1 KA3 Транс. всязи с ситемой Транс. всязи с ситемой 6-10кВ KA4 СВ 6-10кВ СВ отходящие фидера +ШУ -ШУ Н1 KL1 KA1 KH1 KL1 KA2 KL2 KT1 KA33 KA4 KH2 KL1 на отключение СВ к выходным реле защит транс. связи с системой KL3 KA1 Рис.9.3. Схема неполной ДЗШ 6-10кВ. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ 1.Частные повреждения от многофазных КЗ в обмотках статора приводят к значительным повреждениям и понижения напряжения сети поэтому должна быть обязательно защита электродвигателей сети, от многофазных КЗ. 2.Однофазные КЗ обмотки статора на землю менее опасны, т.к. электродвигатели работают с изолированной нейтралью. Защита от однофазных КЗ устанавливается, когда Iк.з.>(5‐10)А. 3.Защиту 3 Защиту от витковых замыканий не устанавливают, устанавливают т.к. т к простых способов ее выполнения не существует. 4.Часто возникают перегрузки током, поэтому защита от перегрузки, в зависимости от условий действует на сигнал, разгрузку приводного механизма или отключение электродвигателя. Защита от многофазных КЗ В качестве защиты применяется токовая отсечка, отстроенная от пусковых токов и токов самозапуска электродвигателей. I с. з. = к н I п.пуск кв где Iп.пуск – периодический пусковой ток; кн- коэффициент фф надежности равный й 1,2; 12 кв- коэффициент возврата равный 0,85. Коэффициент чувствительности равен: I к( .2з). min кч = I с. з. ( 2) где I к .зз . min - ток металлического многофазного КЗ на выводах двигателя при минимальной режиме работы питающей сети. фф ц чувствительности у р равен: Коэффициент I к( .2з). min кч = I с. з . ( 2) где I к .з . min - ток металлического многофазного КЗ на выводах двигателя при минимальной режиме работы питающей сети. + KA1 Т эл.двиг. KA1 KL1 KL1 KH1 - СО эл.двиг. а) на переменном опер.токе б) на постоянном опер.токе + KA1 KA2 KA1 A1 KA2 KL1 эл.двиг. в)) на постоянном опер.токе - KL1 KH1 СО Защита от однофазных КЗ Защита от однофазных КЗ устанавливается на двигателях мощностью до 2000кВт при токе КЗ менее 10А и на двигателях мощностью более 2000кВт при токе КЗ менее 5А. Защита выполняется с действием на отключение без выдержки времени с использованием ТНП, ТНП ТЗЛ. ТЗЛ + KA1 KL1 KL1 KH1 - KA1 СО =0 эл.двиг. в нормальном режиме при к.з. Защита от перегрузки Перегрузка возникает в следующих слу- + чаях: - при затянувшимся пуске или самозапуске; - по техническим причинам и перегрузке механизмов;; - обрыв фазы; - при повреждении механической части электродвигателей, вызывающего момент сопротивления и торможение электродви электродвигателя. Ток срабатывания равен: I с. з. = кн I ном кв Уставка по времени tперег>tпуск или tперег>tсамоз . срабатывания: КА1 1 КА1.1 откл. KA1 КА1.2 сигнал м Q1 ЗАЩИТА СИНХРОННЫХ КОМПЕНСАТОРОВ На СК устанавливаются все защиты от внутренних повреждений, как и у генераторов той же мощности. Основной защитой от внутренних повреждений СК является диф.защита ф и защита от замыканий на землю. Q2 R GC АГП R В KV1 Y ВК н.о. СК KT Уставка по напряжению рассчитывается: Y + KV2 KV1 KV2 KH ОУ KL к АГП KL откл. KT KL - U Uс. р. = 0,4 ном nн Время срабатывания защиты составляет 8‐9сек. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ КУРС ЛЕКЦИЙ Часть 2. АВТОМАТИКА Часть 2. АВТОМАТИКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ z1 = − k ( y − yo ) = − kΔy zвых zо с zвых АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ Опыт эксплуатации показывает, что часть КЗ, вызванных перекрытием изоляции, схлестыванием проводов и другими причинами при достаточно быстром отключении повреждений релейной защитой самоустраняется. Для ускорения повторного включения используется специальные устройства автоматического повторного включения (АПВ). Время действия АПВ обычно не превышает нескольких секунд, поэтому устройства АПВ при успешном включении быстро подают напряжение потребителям, что не в состоянии обеспечить оперативный персонал. КЛАССИФИКАЦИЯ АПВ В В эксплуатации получили применение следующие вида АПВ: д д АПВ По количеству фаз, на которые воздействует АПВ а) трехфазные (включение всех трех фаз после их отключения), б) однофазные, в) комбинированные. Трехфазные подразделяются: а) простые ТАПВ, б) быстродействующие БАПВ, ) р д у щ , в) с проверкой контроля напряжения (АПВ с КН), г) с ожиданием синхронизма (АПВОС), д) с улавливанием сихронизма (АПВУС) и другие. д) с улавливанием сихронизма (АПВУС) и другие По числу циклов (кратности действия) различают: а) АПВ однократного действия, б) АПВ многократного действия б) АПВ многократного действия. По способу воздействия на выключатель: а) механические АПВ, б) электрические АПВ. б) ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ АПВ •АПВ должно приходит в действие при аварийном отключении. отключении •АПВ не должно приходит в действие при оперативном отключении. отключении •Схемы АПВ должны обеспечить определенное количество повторных включений. включений •Время АПВ должно быть минимально возможным. Наименьшая выдержка времени времени, с которой производиться АПВ на линиях с односторонним питанием, принимается 0,3‐0,5сек. 0 3 0 5сек •Схемы АПВ должны обеспечивать автоматический возврат в исходное положение. положение Комплектное устройство РПВ‐258 УСКОРЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ С АПВ Повторное включение на устойчивое КЗ линии, не имеющей быстродействующей защиты, защиты вредно отражается на работе потребителей, потребителей что приводит к увеличению размеров повреждения в месте КЗ и увеличивает опасность нарушения устойчивости параллельной работы электростанций. Поэтому перед повторным включением выключателя линии производится ускорение действия ее защиты. Схема ускорения релейной защиты с АПВ: а – ускорение МТЗ после АПВ, б ‐ ускорение ускорение РЗ перед АПВ ВЫПОЛНЕНИЕ АПВ НА ПЕРЕМЕННОМ ОПЕРАТИВНОМ ТОКЕ t пруж = t защ + t зап где t зап = (2 − 3)сек. Схема однократного АПВ на переменном оперативном токе АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ Для надежности электроснабжения потребителей в энергосистемах и в электрических установках создаются специальные схемы электрических присоединений, обеспечивающие повышенную надежность. Высокую степень надежности обеспечивают схемы питания подстанция одновременно от двух и более источников питания. Несмотря на эти преимущества многостороннего питания потребителей, большое количество подстанций, имеющих два и более р , д ц , щ д источников питания, работают по схеме одностороннего питания. Схема АВР двухтрансформаторной подстанции Схема АВР на трехтрансформаторной подстанции ТРЕБОВАНИЯ К СХЕМАМ АВР 1.Схема АВР должна приходить в действие в случае исчезновения напряжения на шинах потребителей. 2 Об 2.Обеспечить возможно быстрое б включение резервного источника питания. 3.Действие АВР должно быть однократным для того, чтобы не допустить включение несколько раз на КЗ. 4.Схема АВР не должна приходить в действие до отключения выключателя рабочего источника, чтобы избежать включения резервных источников на КЗ в неотключившемся рабочем источнике. 5.Для того чтобы схема АВР действовала при исчезновении напряжения на шинах, питающих рабочий источник, когда его выключатель остается включенным,, схема АВР д должна д дополняться пусковым у органом р минимального напряжения. 6.Для ускорения отключения резервного источника при его включении на неустранившееся КЗ. КЗ должно предусматриваться ускорение защит резервного источника после АВР. Структурная схема АВР и оперативные р цепи АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЧАСТОТНАЯ РАЗГРУЗКА Одним из основных параметров, параметров определяющих качество электроэнергии, электроэнергии является частота. Согласно правилам технической эксплуатации частота в системе должна находиться в пределах 50 ± 0,1 Гц. Нарушение равенства между генерируемой и потребляемой мощностями вызывает изменение скорости вращения роторов и соответственно частоты. Работа электрической системы с пониженной частотой не допускается по следующим причинам: ‐ у некоторых типов паровых турбин возникает повышенная вибрация; ‐ падает производительность механизмов собственных нужд тепловых электростанций; ‐ ууменьшается скорость р вращения р щ возбудителей у генераторов, р р , что может привести к лавинообразному снижению частоты. Для предотвращения аварии следует мобилизовать все имеющиеся на электростанциях резервы активной мощности. При отсутствии вращающегося резерва единственно возможным способом восстановления частоты является отключение наименее ответственных потребителей специальными устройствами – автоматами частотной разгрузки (АЧР), которые срабатывают при опасном снижении частоты. Устройства АЧР необходимо устанавливать там, где возможно возникновение дефицита активной мощности в системе или в определенных её частях, а объем отключаемой й нагрузки соответствует величине возможного дефицита. ф + КL1 КТ1.1 КH1 КL1.1 КL2.1 R1 КL2 КL5.1 КH2 КТ1.2 КL 3.1 КL2.2 R2 КL3 КL 4.1 КL1.2 КH3 КH4 КL6 КL5.3 к реле частоты R4 КL5 КL5.2 КL3.2 R3 КL4 КL6.1 КТ2.2 КL2.4 КL4.3 Откл Вкл I очередь 48 Гц КL3.3 КL2.3 47 Гц Схема цепей постоянного ц оперативного тока устройства АЧР КT2 КТ2.1 КL 4.2 42 -- КТ1 КF 1.1 к реле частоты II очередь КL5.4 Откл II очередь Вкл I очередь ПРОТИВОАВАРИЙНАЯ АВТОМАТИКА Современные ЭЭС представляют собой большие авто‐матизированные системы, функционирование которых невозможно без наличия целого комплекса автоматических устройств Среди этого комплекса одно из первых мест по значению устройств. и внедрению в ЭЭС занимают устройства противоаварийной автоматики (ПА). Противоаварийная автоматика объединяет все устройства, предназначенные для действия при аварийных возмущениях. Прежде всего — это релейная защита, быстро отключающая поврежденное оборудование; устройства АЧР, ликвидирующие дефицит мощности и предотвращающие «лавину частоты», частоты» устройства АПВ, АВР и ЧАПВ, восстанавливающие питание потребителей, электроснабжение которых было нару нарушено. ено. Специальные устройства ПА, обеспечивают: автоматическое управление активной мощностью ЭЭС для сохранения устойчивости — устройства АУМСУ и специальной автоматики отключения нагрузки (САОН); автоматическое предотвращение (делительная автоматика) и прекращение асинхронного режима (устройства АПАР); автоматическое ограничение отклонений частоты и напряжения —устройства автоматики ограничения частоты (АОЧ), автоматики для ограничения повышения напряжения (АОН) и автоматики для предотвращения аварийного понижения напряжения (разгрузки по напряжению); автоматическое предотвращение набросов активной и реактивной мощностей на оборудование ЭЭС (устройства автоматики от наброса активной мощности и АОН); автоматическое восстановление синхронизма между отдельными частями ЭЭС — устройства й автоматики ресинхронизации, частотного пуска гидрогенераторов (АПГ) и перевода их из режима синхронного компенсатора в генераторный режим (АПГР). Структурная схема системы противоаварийной автоматики ЭЭС Изучение у ПА сводится д к рассмотрению р р самостоятельных, но тесно связанных между собой вопросов, р , касающихся щ анализа аварийных р ситуаций у ц в ЭЭС различной конфигурации, изучения способов воздействия на электромеханические р переходные р д процессы, р ц , которые р можно применять на станциях и в сетях различных типов, а также способов выявления аварийных р ситуаций у ц и способов дозировки управляющих воздействий на ууправляемые р объекты. Кроме р того,, ууспешная р реализация ц и эксплуатация устройств ПА и перспективы ее развития в составе автоматизированной р системы д диспетчерского р управления (АСДУ) энергетикой требуют изучения принципов р ц построения р этих уустройств, р , их взаимосвязи и методов функционирования.
