Прищепин Д.В. МЭЭ(ЭРЗ)н-21-2. РГР № 3. Модернизация секции шин подстанции 610 кВ по защите от перенапряжений и однофазных замыканий на землю

• Название: Модернизация секции шин подстанции 610 кВ по защите от перенапряжений и однофазных замыканий на землю
• Дата: 07.10.2022
• Размер: 0.74 Mb.
• Имя файла: Прищепин Д.В. МЭЭ(ЭРЗ)н-21-2. РГР № 3.docx
• Тип: Реферат; #720173

Некоммерческое акционерное общество

«АУЭС им. Гумарбека Даукеева»

Кафедра Электроснабжения и возобновляемых источников энергии

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3
По дисциплине: Релейная защита распределительных электрических сетей и ограничение перенапряжений

На тему: Модернизация секции шин подстанции 6-10 кВ по защите от перенапряжений и однофазных замыканий на землю

Специальность: 7M07101 – Электроэнергетика

Выполнил: Прищепин Д.В. Группа: МЭЭ(ЭРЗ)н-21-2

Принял: доцент, Дмитриченко В.И.
________________ «____» ________________ 2022 г.


Алматы 2022

Содержание

Введение 3

1.Основная часть 4

1.1.Определение емкостных токов кабельных и воздушных линий отходящих фидеров секции № 4, ПС-47А «Пригородная» (Приложение А) 4

1.2.Расчеты релейных защит 7

1.3.Обоснование замены ТЗСН с недостаточной селективностью и чувствительностью 10

Заключение 12

Список литературы 13

Приложение А (обязательное) 14

Введение

Известно из практики, что создание эффективных защит от ПН и ОЗЗ основывается на точном определении значений емкостного тока замыкания на землю и его гармонического состава. При этом оценка емкостного тока расчетным путем характеризуется низкой точностью по ряду причин (отличающиеся в различных справочных материалах данные по значениям удельных емкостных токов, отсутствие данных по устаревшим кабельным линиям и т.п.). Наибольшую точность измерения тока однофазного замыкания обеспечивает способ прямого замыкания фазы на землю. Однако, необходимо учитывать, что при этом напряжения двух других фаз сети возрастают до линейного, что может привести к двухфазному короткому замыканию при наличии в сети мест с пониженным уровнем изоляции.

Кроме того, использование более точных экспериментальных замеров, рекомендуемых в [1, 2], в ряде случаев затруднительно, а то и неприменимо для электросетей с ослабленной изоляцией, в том числе содержащей кабельные линии с изоляцией из сшитого полиэтилена, из-за возникающих коммутационных ПН.

Следует отметить, что согласно ПТЭ один раз в шесть лет должна быть проверка емкостных токов экспериментальным путем. Для АО «АЖК» с учетом отмеченных факторов в электросетях 6-10 кВ целесообразно осуществлять замеры емкостных токов безопасным экспериментальным (косвенным) способом создания искусственной несимметрии. Указанный способ обеспечивает достаточную точность результатов измерения, безопасность работ и исключает нарушения технологического процесса предприятия.

Измерения должны производиться без снятия рабочего напряжения.

При этом методе замыкание фазы на землю производится через дополнительную малую проводимость (емкость). В этом случае смещение нейтрали силового трансформатора и увеличение напряжения в двух других фазах находятся в пределах, допустимых правилами ПТЭ. Во время измерений напряжения фаз не достигают опасных для слабой изоляции значений. Этот метод обеспечивает необходимую для практических целей точность определения тока однофазного замыкания на землю.

1. Основная часть

В этой работе должно быть выполнено следующее:

– расчет емкостных токов, выбор и описание методики экспериментального определения емкостных токов;

– расчет уставок релейной защиты от ОЗЗ;

– разработка рекомендаций по релейной защите от ОЗЗ;

– разработка рекомендаций по ограничению перенапряжений, в том числе по компенсации емкостных токов.

1. 
   Определение емкостных токов кабельных и воздушных линий отходящих фидеров секции № 4, ПС-47А «Пригородная» (Приложение А)
   

Емкостный ток кабельной линии определю по формуле:

,

(1)

где L – длина кабельной линии, км;

m – число проводов (кабелей) в фазе линии.
Вычислю величину емкостного тока для фидера № 40, подставив все значения в формулу (1):
А
Емкостные токи для воздушной линии:

,

(2)

где – линейное напряжение сети, кВ, = 10 кВ;

L – длина линии, км.
Коэффициент для воздушной линии, стоящий перед , приму равным 3 и вычислю по формуле (2) емкостный ток для участка воздушной линии, с диспетчерским № 1310:
А.
Величины емкостных токов для остальных фидеров и их ответвлений вычислю аналогичным образом, результаты отражу в таблице 1.

Таблица 1 – ПС-47А, секция 4

Номер фидера	Участок	Марка кабельных и воздушных линий	Типовой емкостный ток, А/км	Напряжение, кВ	Длина, L, км	Число проводов в фазе линии, m, шт.	Емкостный ток, А		Суммарный емкостный ток фидера, А		Тип линии
40	-	АСБ-240 (с алюминиевой жилой, с бумажной пропитанной изоляцией, свинцовой оболочкой, наружный покров из битума и пряжи)	1,7	10	1	1	1,7		1,7		Кабельная
43	1386	АСБ-120 (с алюминиевой жилой, с бумажной пропитанной изоляцией, свинцовой оболочкой, наружный покров из битума и пряжи)	1,16	10	0,05	1	0,06		1,72		Кабельная
	1310	А-50 (провод алюминиевый неизолированный)	3	10	0,24	1	0,0072				Воздушная
	1317	ААШВ-95 (с алюминиевой жилой, с бумажной пропитанной изоляцией, алюминиевой оболочкой, защитным шлангом из ПВХ)	1,04	10	0,04	1	0,04				Кабельная
	1319	ААШВ-95	1,04	10	0,24	1	0,25				Кабельная
	1323	ААШВ-95	1,04	10	0,8	1	0,83				Кабельная
	1308	АСБ-150	1,16	10	0,02	1	0,02				Кабельная
	191	АСБ-95 (с алюминиевой жилой, с бумажной пропитанной изоляцией, свинцовой оболочкой, наружный покров из битума и пряжи)	1,04	10	0,185	1	0,19				Кабельная
		А-50	3	10	0,14	1	0,0042				Воздушная
	1915	ААШВ-50 (с алюминиевой жилой, с бумажной пропитанной изоляцией, алюминиевой оболочкой, защитным шлангом из ПВХ)	0,80	10	0,4	1	0,32				Кабельная
45	РП-221(2)	АПвПУ-500 (алюминиевая токопроводящая жила, изоляция из сшитого полиэтилена, оболочка из полиэтилена, оболочка из полиэтилена увеличенной толщины)	5,25	10	2,18	1	11,45		11,45		Кабельная
Суммарный емкостный ток секции, , А								14,87

2. 
   Расчеты релейных защит
   

Расчеты ТЗСН, как известно, производятся по двум условиям выбора тока срабатывания защиты:

– условие несрабатывания при внешнем ОЗЗ (на другом фидере) путем отстройки от собственного емкостного тока защищаемого фидера;

– условие срабатывания (коэффициент чувствительности).

I_сум. = 14,87 А

11,45 А

1,7 А

1,72 А

Фидер №45

Фидер №43

Фидер №40


Рисунок 1 – Схема распределения емкостных токов на секции подстанции
Расчеты уставок тока срабатывания релейной защиты от ОЗЗ произведу по формуле:

,

(3)

где – ток срабатывания защиты;

– коэффициент надежности, обычно принимают 1,2-1,3;

– коэффициент броска тока, для современных цифровых релейных защит типа MICOM с выдержкой времени 0,1-0,2 сек. составляет 1,5-2,0;

– собственный емкостный ток фидера.
Коэффициент надежности приму равным 1,3, коэффициент броска тока приму равным 2,0. Подставлю весь перечень необходимых данных в формулу (3) и вычислю уставки срабатывания релейной защиты для каждого фидера. Рассчитанные данные запишу в таблицу 2.
Таблица 2 – Результаты расчета уставок тока срабатывания релейной защиты от ОЗЗ

Номер фидера	Суммарный емкостный ток фидера, , А	Коэффициент надежности	Коэффициент броска тока	Ток срабатывания защиты, , А
40	1,7	1,3	2	4,42
43	1,72			4,47
45	11,45			29,77

Проверю условия обеспечения чувствительности релейной защиты от ОЗЗ:

,

(4)

где – суммарный (полный) емкостный ток сети, = 14,87 А (таблица 1).
Подставлю все известные данные в формулу (4) и вычислю коэффициенты чувствительности для каждого фидера.
Для фидера № 40, секции 4:
,

Условие селективности для фидера № 40 соблюдается.
Для фидера № 43, секции 4:
,

Условие селективности для фидера № 43 соблюдается.
Для фидера № 45, секции 4:
,

Условие селективности для фидера № 44 не соблюдается.
Преобразовав формулы (3) и (4), сформируется условие применимости в релейных защитах от ОЗЗ алгоритма, по действующему значению тока нулевой последовательности в электросетях с изолированной нейтралью. Для рассматриваемого примера защиты ТЗСН выражение имеет вид:

,

(5)

где – максимальное значение емкостного тока одного из отходящих фидеров секции, в моем случае = 11,45 А.
В результате получаю:
,
.
В ходе сравнения полученных результатов, вычисленных по формуле (5), делаю вывод что существующая селективная ненаправленная токовая защита нулевой последовательности не может быть задействована на рассматриваемой секции.

Наибольшее значение тока нулевой последовательности отходящего фидера на рассматриваемой секции по отношению к суммарному емкостному току не должно превышать:
.

3. 
   Обоснование замены ТЗСН с недостаточной селективностью и чувствительностью
   

Для устранения указанного недостатка ТЗСН предлагается введение блока повышения селективности, электрическая схема которого разработана в НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» (НАО АУЭС) и представлена на рисунке 2.


Рисунок 2 – Электрическая схема блока повышения селективности и чувствительности фидера 45
Представленный блок работает следующим образом. При возникновении ОЗЗ на фидере 45 защита на фидерах 43 и 40 не сработает, поскольку согласно расчетам, представленным выше, надежно отстроена от собственных емкостных токов. При этом реле КА40 и КА43 на соответствующих фидерах также не сработают, а их нормально-замкнутые контакты КА40.1 и КА43.1 останутся замкнутыми. В свою очередь возникновение ОЗЗ приведет к появлению напряжения 3Uo в трансформаторе контроля изоляции (не показано), от которого сработает реле напряжения KV45 (не показано) и замкнет свой нормально-открытый контакт KV45.1.

В результате указатель HL45 покажет наличие ОЗЗ в фидере 45 и при этом сработает реле времени КТ45, нормально-открытый контакт которого КТ45.1 замкнется и создаст сигнал на отключение поврежденного фидера 45, либо на сигнал.

Однако следует отметить, что данное устройство применимо только для сети, в которой существует не более одного фидера с недостаточной чувствительностью ТЗСН. А при большем количестве таких фидеров целесообразно применять один предлагаемый блок повышенной чувствительности. Причем на других фидерах с недостаточной чувствительностью возможно устанавливать, например, индивидуальную РЗ направленную. Такая релейная защита широко применяется и изготавливается промышленностью в серийных масштабах [2].

Таким образом, представленный анализ возможностей повышения селективности релейной защиты от ОЗЗ позволяет сделать вывод об осуществимости и целесообразности использования двух защит для фидеров с недостаточной чувствительностью:

– установка дополнительного релейного блока, срабатывание которого при ОЗЗ отстраивается от срабатывания ТЗСН фидеров без ОЗЗ;

– установка на фидерах с недостаточной чувствительностью ТЗСН индивидуальной, направленной релейной защиты от ОЗЗ.

Заключение

Результатом данной работы явилось следующее:

1. 
   Был выполнен расчет емкостных токов для кабельных и воздушных линий отходящих фидеров, в соответствии с выбранным вариантом задания;
   
2. 
   Рассчитаны уставки релейной защиты от однофазных замыканий на землю;
   
3. 
   Даны рекомендации по релейной защите от однофазных замыканий на землю. В качестве рекомендации была представлена разработка НАО «Алматинский Университет Энергетики и Связи имени Гумарбека Даукеева» (НАО АУЭС), применяемая для сетей, в которой существует не более одного фидера с недостаточной чувствительностью ТЗСН.
   
4. 
   В качестве дополнительной рекомендации по ограничению перенапряжений, в местах присоединения дугогасящих реакторов предусмотреть установку нелинейных ограничителей перенапряжения типа ОПН-20/24/10/450 УХЛ1.
   

Список литературы

1. Шуин В.А., Гусенков А.В. Защиты от замыканий на землю в электрических сетях 6-10 кВ. //Приложение к журналу «Энергетик», выпуск 11(35). – М.: НТФ «Энергопрогресс», 2012.

2. Шабад М.А. Защита от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ. – М.: НТФ Энергопрогресс, 2007. – 64 с.

3. Дмитриченко В.И. Задания по выполнению расчетно-графических работ для магистрантов, обучающихся по образовательной программе 7М07101 – Электроэнергетика, направление: 7М071 – Инженерия и инженерное дело. Магистратура (научно-педагогическое направление). – Алматы: НАО «АУЭС», 2022. – 18 с.

Приложение А (обязательное)

Схема варианта расчетно-графической работы

(ПС-74А «Пригородная», секция 4)