ВВЕДЕНИЕ
Расчет релейной защиты заключается в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле, так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности. На каждом участке в общем случае должна устанавливаться основная и резервная защиты. При использовании защит со ступенчатыми характеристиками, их первые ступени выполняют функции основной. Резервной является только последняя ступень. Расчет защит проводится начиная с наиболее удаленного от источника питания участка. Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.
2.1. Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения
Рис.2. Схема замещения системы электроснабжения.
Сопротивление системы:
где Uс – междуфазное напряжение на шинах системы, Sк – мощность короткого замыкания.
Сопротивление воздушной линии электропередачи:
где х0 – удельное реактивное сопротивление ВЛ,
l – длина ВЛ.
Сопротивление трансформатора с РПН, отнесенное к регулируемой стороне высокого напряжения:
где UК СР% - среднее напряжение короткого замыкания, Uср ВН – междуфазное среднее напряжение, приведенное к стороне высокого напряжения.
где Uк мин% , Uк макс% - минимальное и максимальное напряжения короткого замыкания.
Сопротивление кабельных линий КЛ1 и КЛ2
Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока.
Максимальная полная мощность кабельной линии
где Рмакс – передаваемая по КЛ активная мощность.
Экономическое сечение КЛ1 и КЛ2
где jЭ = 1,4 А/мм2 – экономическая плотность для кабелей с алюминиевыми жилами, Тмакс =3500ч.
Согласно табл. 7.28 /7/ выбираем ближайшее большее сечение Sст=240 мм2:
Сопротивление кабельной линии
Сопротивление кабельной линии от РП до электроустановки:
В качестве электроустановки – асинхронный двигатель АД - 400 кВт,
Рном = 400 кВт, cosjном = 0,89, Iп / Iном = 5,1, n=1480.
Номинальный ток двигателя
Экономическое сечение
Стандартное сечение, согласно табл. 7.28 /7/ qст =35 мм2:
Сопротивление кабельной линии
2.2Расчет токов короткого замыкания в точке К1
Находим максимально возможный ток короткого замыкания:
2.3. Расчет токов короткого замыкания в точке К2
Находим максимально возможный ток короткого замыкания
Приведение  к нерегулируемой стороне низкого напряжения осуществляется по минимальному коэффициенту трансформации:
Минимально возможный ток короткого замыкания
 
2.4. Расчет токов короткого замыкания в точке К3
Рассчитаем эквивалентные сопротивления до шин ГПП
Сопротивления кабельной линии
Эквивалентные сопротивления до точки К3
Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К3:
Приводим  к низкой стороне
Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К3
 
2.5. Расчет токов короткого замыкания в точке К4
Аналогично как для точки К3 рассчитаем сопротивления:
Сопротивления кабельной линии
Эквивалентные сопротивления до точки К4
Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:
Приводим  к низкой стороне
Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:
 
Результаты расчетов токов короткого замыкания сведены в табл. 3.1
Таблица 3.1. – Токи трехфазного короткого замыкания
Точка к. з.
|
К1
|
К2
|
К3
|
К4
|
|
|
|
Значение тока
|
IВН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
max
|
8,07
|
2,259
|
12,259
|
1,006
|
5,459
|
0,918
|
4,982
|
min
|
1,468
|
10,139
|
0,644
|
4,448
|
0,585
|
4,04
|
|
2.6. Расчет токов двухфазного короткого замыкания
Ток двухфазного короткого замыкания рассчитывается согласно выражению:
Результаты расчетов токов двухфазных коротких замыканий сведены в табл.3.2.
Таблица 3.2 - Токи двухфазных коротких замыканий в точках
Точка к. з.
|
К1
|
К2
|
К3
|
К4
|
|
|
|
Значение тока
|
IВН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
max
|
7,02
|
1,965
|
10,665
|
0,875
|
4,749
|
0,799
|
4,334
|
min
|
1,277
|
8,821
|
0,56
|
3,869
|
0,508
|
3,515
|
|
3. ЗАЩИТА КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ ОТ ГПП К РП.
Для линий 6-10кВ с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземленной через реактор) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных КЗ и от замыканий на землю.
Защиту от многофазных КЗ следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения с большей вероятностью только одного места повреждения при двойных замыканиях на землю и исключения несрабатывания защиты при двойных замыканиях в фазах, где не установлены трансформаторы тока.
На одиночных линиях с односторонним питанием от мнргофазных КЗ должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки ТО, а вторая - в виде максимальной токовой защиты МТЗ.
Защита должна быть установлена на всех линиях электрически связанной сети со стороны питания.
Расчет максимальной токовой защиты(МТЗ) и токовой отсечки(ТО) на КЛ1(КЛ2)
При наличии выключателей с электромагнитными приводами защита обычно выполняется на выпрямленном оперативном токе с использованием реле тока типа РТ-40 и реле времени с независимой характеристикой выдержки времени.
Ток срабатывания ТО:
 - коэффициента отстройки для ТО без выдержки времени, согласно Табл4.1 /1/
Так как  >1,2, то в данном случае использование токовой отсечки целесообразно.
Ток срабатывания МТЗ:
 ,
Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ) в общем виде
где:
- коэффициент отстройки =1,2;
 - коэффициент самозапуска;
 - коэффициент возврата =0,85 (для РТ-40).
При раздельной работе двух линий (КЛ1 и КЛ2) с устройством АВР на секционном выключателе и действии АВР (АВР РП) после отключения одной из них (например КЛ2) бездействие МТЗ оставшейся в работе линии (КЛ1) будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:
 где: = 1,5- коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии КЛ1 из-за понижения напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей, ранее питавшихся от КЛ2.
За расчетный принимаем
Время срабатывания МТЗ выбирается из условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания):
где:
где  - время срабатывания предыдущей защиты (взято согласно заданию);  - ступень селективности.
Коэффициент чувствительности защиты:
4. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
На электродвигателях должны предусматриваться защиты от многофазных КЗ и защита от однофазных замыканий на землю, защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения.
Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ должна предусматриваться токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия - для электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю, а также для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяет требованиям чувствительности или когда двухрелейная отсечка оказывается целесообразной по исполнению комплектной защиты или применяемого привода с реле прямого действия.
Ток срабатывания защиты электродвигателя от замыкания на землю должен быть не более 5 А. Защиту следует выполнять без выдержки времени с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности, установленных, как правило, в РУ. Защита должна действовать на отключение двигателя
Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженным технологическим перегрузкам, и на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска (длительность прямого пуска непосредственно от сети 20 с и более). Защиту от перегрузки следует устанавливать в одной фазе с независимой от тока выдержкой времени, отстроенной от длительности пуска электродвигателей в нормальных условиях. Действие защиты - сигнал.
Для облегчения условий восстановления напряжения после отключения КЗ и обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов следует предусматривать отключение защитой минимального напряжения электродвигателей неответственных механизмов. Выдержка времени защиты минимального напряжения должна выбираться в пределах 0,5-1,5 с - на ступень больше времени действия быстродействующих токовых защит от многофазных КЗ, а уставки по напряжению должны быть, как правило, не выше 70% номинального напряжения.
Расчет ТО.
Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя по выражению:
КП = 5,2 - кратность пускового тока;
IД. Н. = 43,29 А – номинальный ток двигателя.
где - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах еще и погрешности реле и необходимый запас,
 - кратность пускового тока,  ;
 ,
Ток срабатывания реле Iср :
где К(3)сх - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1.
Чувствительность отсечки определяется по выражению:
Значение > 2 т. е. токовая отсечка удовлетворяет требованиям чувствительности.
Защиты от замыканий на землю обмотки статора:
Защита от замыканий на землю электродвигателей напряжением 6-10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, выполняется с помощью одного реле типа РТЗ-51, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗР.
Ток срабатывания защиты выбирают из условия несрабатывания защиты при внешнем однофазном замыкании на землю:
где  - коэффициент отстройки;  - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;
 - установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения.
Значение определяется как сумма емкостных токов двигателя  и линии  от места установки ТНП до линейных выводов двигателя:
Собственный емкостной ток электродвигателя:
где: f-частота сети, f=50Гц
 - емкость фазы статора
 - емкостной ток кабельной линии:
где  - удельный емкостной ток однофазного замыкания на землю, определяем по сечению жилы.
Суммарный ток от всей КЛ:
Коэффициент чувствительности:
Защита от токов перегрузки.
Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от номинального тока двигателя Iн :
где Котс = 1,05 при действии защиты на сигнал.
Выдержка времени защиты от перегрузки tсз выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске или самозапуске двигателя:
tсз = Котс·tп
где Котс =1,2;
tп- время пуска двигателя.
Защита минимального напряжения.
Время срабатывания защиты tсз :
tсз ³ tпер пит
Uсз = 0,7•Uн =0,7•6=4,2, кВ
Защита действует на сигнал и отключение менее ответственных двигателей
5. ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
5.1. Защита трансформаторов от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах
Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах должны быть предусмотрены следующие виды защит. Продольная дифференциальная защита на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более.
5.1.1. Продольная дифференциальная защита с реле типа ДЗТ-11
Чувствительность защиты с реле типа РНТ-565 недостаточна, применяется дифференциальная защита с торможением с реле типа ДЗТ-11.
1. Первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:
2. Выбираем типы трансформаторов тока, коэффициенты трансформации, схему соединений и коэффициент схемы для симметричного режима:
ВН:
ТФЗМ-35,  , полный треугольник 
НН:
ТЛ10,  , неполная звезда 
3. Вторичные токи в плечах защиты:
<5, А
<5, А
4. Выбираем высокую сторону за основную сторону защищаемого трансформатора.
5. Ток срабатывания защиты определяется отстройкой от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания:
 ,А
где:  - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока,  согласно /1/
6. При соединении обмоток трансформатора U/D предварительный коэффициент чувствительности:
>2
7. Ток срабатывания реле, приведенный к основной стороне:
 ,А
8. Расчетный тока небаланса  , который состоит из:
составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;
 ,А
где: КА =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ;
КОДН = 1 - коэффициент однотипности ТА;
e = 0.1 - погрешность ТА;
составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора:
 ,А
где: DUРПН - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о. е., DUРПН=0,12;
Число витков обмотки НТТ реле для основной стороны:
Число витков обмоток неосновной стороны защищаемого трансформатора:
 , 
составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны
 ,А
Расчетный ток небаланса:
 А
Тормозную обмотку присоединяем к ТА, установленным на стороне низшего напряжения. Необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле
 , 
где: tga - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле (тормозной), соответствующей минимальному торможению, согласно /1/ tga=0,75.
5.1.2. Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями
На трансформаторах мощностью 1МВА и более МТЗ с пуском по напряжению.
Защита применяется в случае недостаточной чувствительности обычной МТЗ.
Защита обычно выполняется с помощью реле тока типа РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.
Максимальная токовая защита.
Ток срабатывания защиты:
где  - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;
 - коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей (согласно п 4.2);
Кв = 0,85 – коэффициент возврата для реле РТ – 40.
Коэффициент чувствительности для МТЗ должен быть не менее 1,5 при коротком замыкании в основной зоне и не менее 1,2 в зоне резервирования.
Коэффициент чувствительности:
Чувствительность МТЗ недостаточная, поэтому применяем МТЗ с пуском по напряжению.
Максимальная токовая защита с комбинированным пусковым органом напряжения
Защита обычно выполняется с помощью реле тока типа РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.
Ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от номинального тока трансформатора:
 ,
где Котс =1,25 – коэффициент, учитывающий ошибку реле, необходимый запас и возможность увеличения тока от регулирования напряжения;
Кв = 0,8 - коэффициент возврата.
Напряжение срабатывания минимального реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение, определяется по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ.
 ,
где Uмин – междуфазное напряжение в условиях самозапуска после отключения внешнего КЗ, принимается 0,85Uном = 29,75 кВ; КОТС = 1,2.
Напряжение срабатывания фильтр – реле обратной последовательности определяется, исходя из минимальной уставки устройства:
Коэффициент чувствительности по току
5.2. Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой
Ток срабатывания защиты от перегрузки:
,А
где: КОТС =1,05, согласно /1/
Защита от перегрузки устанавливается в одной фазе и действует на сигнал.
5.3. Газовая защита
Газовая защита применяется на трансформаторах, помещенных в заполненный маслом бак с расширителем; она реагирует на все повреждения внутри бака трансформатора, при которых происходит выделение газа, ускоренное перетекание масла или смеси масла с газом из бака в расширитель, а также на снижение уровня масла.
При некоторых опасных повреждениях трансформатора действует только газовая защита, в то время как «электрические» защиты трансформатора (дифференциальная, максимальная токовая и др.) не реагируют. К таким повреждениям трансформаторов относятся межвитковые замыкания в обмотках, пожар в стали магнитопровода, некоторые неисправности переключателей ответвлений и другие повреждения, при которых возникают значительные местные повышения температуры частей трансформатора.
Так, пожар в стали развивается в местах, где изоляция листов магнитопровода нарушена из-за дефектов сборки, или в местах, где изоляция стяжной шпильки нарушалась под воздействием вибрации трансформатора или по другим причинам. Замыкание между собой листов стали приводит к повышенному нагреву этого участка магнитопровода. Значительные повышения напряжения па трансформаторе также могут способствовать развитию очагов пожара в стали. Существенное повышение температуры происходит и при витковых замыканиях обмотки за счет возрастания тока в замкнувшихся нитках. В области повышенного нагрева происходит перегрев и разложение трансформаторного масла и твердой изоляции, и образующиеся при этом газы, поднимаясь вверх, проходят по трубопроводу через газовое реле в расширитель трансформатора.
Важным обстоятельством является то, что газовая защита действует в начале возникновения повреждения, когда значения токов витковых замыканий обмотки или замыкании обмотки на корпус малы, поэтому действие газовой защиты предотвращает дальнейшее развитие повреждения трансформатора и в большинстве случаев позволяет сократить объем его ремонта.
Кроме рассмотренных выше повреждений трансформатора, развивающихся постепенно и не сопровождающихся возникновением динамических усилий и отдельных его частях, в трансформаторе возможны замыкания между обмотками различных фаз. При таких повреждениях по замкнувшимся обмоткам проходят большие токи, создающие динамические усилия. В результате сотрясения замкнувшихся обмоток и всего трансформатора в момент короткого замыкания происходит бросок некоторой части масла (или масла, смешанного с газом) из бака в расширитель. При междуфазных замыканиях в трансформаторе работают обычно и дифференциальная и газовая защиты трансформатора одновременно, в отличие от рассмотренных выше повреждений, при которых дифференциальная защита не работает, поскольку они не сопровождаются изменением токов в ее цепях.
Защита реализована на реле РГЧЗ-66.
В реле имеются два элемента, работающие независимо друг от друга: верхний элемент — сигнальный и нижний— отключающий, у каждого элемента есть свой контакт. Когда реле заполнено маслом, оба его элемента как бы плавают в нем и находятся в положении, когда их контакты разомкнуты.
При повреждениях трансформатора, сопровождающихся незначительным газообразованием, происходит переток газа в расширитель; при этом газ, вытесняя масло, скапливается в верхней части корпуса газового реле.
При определенном снижении уровня масла в реле верхний сигнальный элемент оказывается уже не в масле и под действием силы тяжести опускается, замыкая сигнальный контакт.
Аналогично работает сигнальный элемент и в случаях, когда уровень масла в реле снизится из-за утечки масла из бака или вследствие сильного снижения температуры масла. В последнем случае сигнальный элемент работает, если уровень масла оказался ниже допустимого, поскольку масло не было своевременно долито.
В описанных случаях отключающий элемент остается в масле и не работает. При значительных повреждениях трансформатора из-за бурного образования газа происходит бросок масла (или смеси масла с газом) в расширитель, при котором под воздействием потока масла поворачивается отключающий элемент реле и его контакт замыкается.
При постепенном снижении уровня масла сначала без масла оказывается сигнальный элемент, затем отключающий, который под воздействием силы тяжести тоже опускается, замыкая отключающий контакт. В зависимости от вида и развития повреждения трансформатора возможна последовательная работа сигнального и отключающего элементов реле или их одновременная работа.
6. РАСЧЕТНАЯ ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА
6.1 Расчетная проверка на 10% - ную полную погрешность.
Проверка на 10% - полную погрешность (e) обычно производится по кривым предельной кратности. Специальные кривые предельной кратности представляют собой зависимость допустимого по условию e = 10% значения сопротивления нагрузки Zн на трансформатор тока от значения предельной кратности k10.
Для защиты КЛ1 выбираем трансформатор тока ТЛ-10,  , схема соединения неполная звезда.
 <1
где  - первичный номинальный ток трансформатора тока.
Предельная кратность меньше единицы, т. е. трансформатор тока можно не проверять на полную погрешность, она не превысит 10%. |
Скачать 227.5 Kb.