Булычев А.В., Наволочный А.А. Методические указания - Релейная защита электрических систем. Примеры и задачи с решениями

Подождите немного. Документ загружается.

101

40/ 50 40 /10 171

НРАСЧ ПР РТ РТ РБМ ПЕР

RZ Z Z R

−−

=⋅ + + + + .

Значение расчетного наибольшего сопротивления:

2 0,05 0,8 (12,5) 0,5 (2,5) 0,4 0,1

НРАСЧ

Z =⋅ + + + + = 0,69 Ом.

Это значение (0,69 Ом) меньше допустимого (4 Ом). Следовательно,

режим работы ТТ в защите, установленной на линии W3 на подстанции №2,

также соответствует требованиям, при выполнении которых полная погреш-

ность ТТ не превысит 10%.

Таким образом, решения, принятые при выборе схем защит, устанавли-

ваемых на линии W3, ТТ и реле, можно считать приемлемыми.

Определяется длина мертвой зоны направленной защиты при близких

КЗ при питании со стороны подстанции №2:

(3) 2

3( )cos( )

НТ СРMIN

МЗ

УД KMAXW К P

kkS

⋅

⋅⋅ ⋅ +

 ,

где

СР МIN

S – минимальная мощность срабатывания реле при токе в линии при

трехфазном КЗ на границе мертвой зоны (для приближенных расчетов его

значение можно принять равным значению тока КЗ в месте установки на-

правленной защиты при повреждении в расчетной точке К2);

(90 )

=− –

угол, дополняющий

до 90° (для РБМ-171/1 равен 45°).

Для выбранной 90-градусной схемы включения реле направления мощ-

ности:

=−°:

0,4

arctg arctg

0,3

УД

== = 53

53 90

°− °

= 37

где

УД

r – удельное индуктивное и активное сопротивления линии W3

(

УД

= 0,4 Ом/км и

УД

r = 0,3 Ом/км).

Полное удельное сопротивление линии:

0,4 0,3

УД

z =+ = 0,5 Ом/км;

где k

= 500/5 – коэффициент трансформации ТТ; k

= 10000/100 – коэффи-

циент трансформации ТН;

(3)

MAX W К

I = 13800·10/35 = 3940 А.

Мощность срабатывания реле при номинальном токе равна 4 В·А [9].

Длина мертвой зоны при токе, превышающем номинальный в 10 раз:

100 100 10 4

3 0,5 (3940) cos(37 45)

МЗ

⋅

⋅⋅

⋅⋅ ⋅ +

 = 0,2 км.

По отношению к длине всей линии в процентах это составляет:

0,2

% 100% 100%

МЗ

=⋅ =⋅



= 5%.

Расчетная длина мертвой зоны для защиты, установленной на линии

W3 на подстанции №3, также не превышает 5% длины линии.

102

Учитывая, что при КЗ в этих зонах (со стороны подстанций №2 и №3)

должны срабатывать соответствующие первые ступени защит – ненаправлен-

ные селективные токовые отсечки, можно считать протяженность мертвых

зон приемлемой.

3.4.8. Защита, устанавливаемая на линии W1

На головной линии 35 кВ W1 на подстанции №1 должна быть

установлена трехступенчатая токовая защита.

Ток срабатывания

первой ступени (селективной токовой отсечки):

(3)

11 3

СЗ W ЗКМАХK

IkI

−

=⋅ = 1,2 12900 10/35

⋅

⋅ = 4420 А.

Проверяется отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов:

11 1 2 3

(4 5) ( )

СЗ W НОМ Т ВН НОМ Т ВН НОМ Т ВН

IIII

−

≥÷⋅ + + =

= (4 5)

÷ ·495 = (1980

2475) А > 4420 А.

Отстройка обеспечивается.

Выбираются ТТ типа ТФНД-35М с коэффициентом трансформации

= 1000/5. Схема соединения вторичных обмоток ТТ и катушек реле – «не-

полная звезда - неполная звезда».

Ток срабатывания реле первой ступени:

1 4420

200

CX CЗ W

CP W

−

⋅

= 22,1 А.

Выбирается реле РТ-40/50.

Определяется зона действия первой ступени защиты (рис.3.18). Протя-

женность этой зоны составляет 60% длины линии W1.

Ток срабатывания второй ступени (токовой отсечки с выдержкой вре-

мени срабатывания) выбирается по условию отстройки от токов КЗ при по-

вреждениях в конце зоны действия быстродействующей защиты трансформа-

тора Т2 и первой

ступени защиты линии W3:

(3)

12 1 7

CЗ W З KMAXW K

IkI

−

≥⋅ = 1,2·4980·10/35 = 1700 А;

12 331CЗ W ЗСЗW

IkI

−−

≥⋅ = 1,2·3360 = 4030 А.

В этих условиях необходимо принять:

12CЗ W

−

= 4030 А.

Ток срабатывания реле второй ступени:

1 4030

200

CX СЗ W

CP W

−

⋅

= 20,2 А.

Для второй ступени защиты выбирается реле РТ-40/50.

103

Выдержка времени второй ступени защиты должна быть согласована с

временем срабатывания быстродействующих защит, установленных на транс-

форматоре Т2, линии W3 и линии W4:

СЗ W1-2 32 1СЗ W

tt t

−

=+Δ= 0,1+0,4=0,5 с.

Рис. 3.18

Третья ступень защиты – МТЗ. Ее ток срабатывания выбирается по ус-

ловию возврата защиты в исходное состояние в наиболее тяжелом для линии

W1 послеаварийном режиме. Этот режим может возникнуть при самозапуске

электродвигателей всех нагрузок в сети (Н1 – Н5), если в исходном нормаль-

ном режиме трансформаторы Т1, Т2 и Т3 получают питание

по линии W1

(линия W2 выведена из работы, а секционный выключатель Q15 на подстан-

ции №3 включен). В этих условиях, в случае отключения головной линии W1,

последующего ее включения устройством АПВ и восстановления питания на

шинах 35 кВ подстанций №3 и №2, в линии W1 может возникнуть наиболь-

ший ток:

СЗAП W1 CЗАП Н1CЗАП Н2CЗАП Н3CЗАП Н4CЗАП Н5

IIIIII=++++ =

2,8 3000 2,54 2700 2,3 3500 2,7 2700 2,2 4500

335 335 335 335 335

⋅⋅⋅⋅⋅

++++

⋅⋅⋅⋅⋅

= 668,5 А.

Здесь

CЗАП W1

I – ток в линии W1 в месте установки защиты, обусловлен-

ный самозапуском электродвигателей в нагрузке Н1

CЗАП Н1

CЗН H

НОМ BH

⎛⎞

⋅

⎜⎟

⋅

⎝⎠

нагрузке Н2

CЗАП Н2

CЗН H

НОМ BH

⎛⎞

⋅

⎜⎟

⋅

⎝⎠

, нагрузке Н3

CЗАП Н3

CЗН H

НОМ BH

⎛⎞

⋅

⎜⎟

⋅

⎝⎠

, на-

104

грузке Н4

CЗАП Н4

CЗН H

НОМ BH

⎛⎞

⋅

⎜⎟

⋅

⎝⎠

, нагрузке Н5

CЗАП Н5

CЗН H

НОМ BH

⎛⎞

⋅

⎜⎟

⋅

⎝⎠

и приведенный к стороне 35 кВ.

Ток срабатывания третьей ступени:

СЗ W1-3 CЗАП W1

=⋅ =

1, 3

668,5

0,85

⋅

= 1022 А.

При этом защита отстроена от максимального рабочего тока в линии

W1 и можно принять:

СЗ W1-3

I = 1022 А.

Ток срабатывания реле третьей ступени защиты:

13 СЗ W1-3СР W СХ Т

kI k

−

=⋅ = 1022 / 200 = 5,1 А.

Коэффициент чувствительности третьей ступени защиты в режиме ос-

новного действия:

(2)

13 13

ЧКMIN W K СЗ W

kI I

−

= 11200·10/(1022·35) = 3,1 >1,5.

Здесь

(2)

MIN W K

I – ток в месте установки защиты на линии W1 при двухфаз-

ном КЗ в расчетной точке К3, приведенный к стороне 35 кВ.

Как видно, третья ступень защиты имеет достаточную чувствительность.

Для третьей ступени защиты выбирается реле тока PT-40/10 с диапазо-

ном уставок от 2,5 А до 10 А.

Выдержка времени третьей ступени защиты должна быть согласована

выдержкой времени срабатывания МТЗ, установленной на трансформаторе

Т2, и третьей ступени защиты, установленной на линии W3 на подстанции

№3 (6,5 с):

СЗ W1-3 33 2СЗ W

tt t

−

=+Δ = 6,5 + 0,5 = 7 с.

Реле времени для второй и третьей ступеней защиты линии W1 – ЭВ-132 с

диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 секунд и номинальным напряжени-

ем питания 220 В.

Промежуточные реле – РП-221 с номинальным напряжением питания

220 В.

Указательные реле – РУ-21/0,01

Схема защиты, устанавливаемой на линии W1 на подстанции №1, по-

казана на рис.3.19.

Производится проверка ТТ на 10% погрешность.

Определяется предельная кратность тока для ТТ на подстанции №1:

10 1 1 1 1 1

1,1

АСЧ НОМ ТТ CЗ W НОМ ТТ

kI I I I

−

==⋅ = 1,1·4420/1000 = 4,8.

По кривым предельной кратности для ТФНД-35М (см. приложение)

определяется максимальное значение сопротивления нагрузки ТТ – 10 Ом.

105

Рис.3.19

Расчетное наибольшее сопротивление нагрузки ТТ:

40 / 50 40 /10

Н РАСЧ ПР РТ РТ ПЕР

RZ Z R

−−

=⋅ +⋅ + + .

Здесь

РТ

CР MIN

−

– сопротивление реле РТ-40 при минимальной уставке;

S и

CР MIN

I – расчётная мощность реле и минимальный ток срабатывания ре-

ле (для реле РТ-40/50

S = 0,8 ВА,

CР MIN

= 12,5 А; для реле РТ-40/10

S = 0,5 ВА,

CР MIN

I = 2,5 А) [9]; R

ПР

– активное сопротивление проводников в

сигнальном кабеле (можно принять

ПР

= 0,05 Ом); R

ПЕР

– активное сопро-

тивление переходных контактов (можно принять

ПЕР

= 0,1 Ом).

Значение расчетного наибольшего сопротивления:

2 0,05 2 0,8 (12,5) 0,5 (2,5) 0,1

НРАСЧ

Z =⋅ +⋅ + + = 0,29 Ом.

Это значение (0,29 Ом) значительно меньше допустимого (10 Ом). Сле-

довательно, в режиме работы ТТ защиты, установленной на линии W1 на

подстанции №1, полная погрешность ТТ не превысит 10%.

106

3.4.9. Защита, устанавливаемая на линии W2

На головной линии 35 кВ W2 на подстанции №1 должна быть

установлена трехступенчатая токовая защита.

Ток срабатывания первой ступени (селективной токовой отсечки):

(3)

21 2

СЗ W ЗКМАХK

IkI

−

=⋅ = 1,2 13800 10/35

⋅

⋅ = 4730 А.

Проверяется отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов:

21 1 2 3

(4 5) ( )

СЗ W НОМ Т ВН НОМ Т ВН НОМ Т ВН

IIII

−

≥÷⋅ + + =

= (4 5)

÷ ·495 = (1980

2475) А > 4730 А.

Отстройка обеспечивается.

Выбираются ТТ типа ТФНД-35М с коэффициентом трансформации

k =1000/5. Схема соединения вторичных обмоток ТТ и катушек реле – «не-

полная звезда - неполная звезда».

Ток срабатывания реле первой ступени:

1 4730

200

CX CЗ W

CP W

−

⋅

= 23,7 А.

Выбирается реле РТ-40/50.

Определяется зона действия первой ступени защиты (рис.3.20). Протя-

женность этой зоны составляет 55% длины линии W2.

Рис. 3.20

Ток срабатывания второй ступени (токовой отсечки с выдержкой вре-

мени срабатывания) выбирается по условию отстройки от токов КЗ при по-

вреждениях в конце зоны действия быстродействующей защиты трансформа-

тора Т1 и первой ступени защиты линии W3 (на подстанции №2):

(3)

22 2 8

CЗ W З KMAXW K

IkI

−

≥⋅ = 1,2·5100·10/35 = 1750 А;

107

22 321CЗ W ЗСЗW

IkI

−−

≥⋅ = 1,2·3530 = 4240 А.

В этих условиях принято:

22CЗ W

−

= 4240 А.

Ток срабатывания реле второй ступени:

1 4240

200

CX СЗ W

CP W

−

⋅

= 21,2 А.

Для второй ступени защиты выбирается реле РТ-40/50.

Третья ступень защиты – МТЗ. Ее ток срабатывания выбирается по ус-

ловию возврата защиты в исходное состояние в наиболее тяжелом для линии

W1 послеаварийном режиме. Этот режим может возникнуть при самозапуске

электродвигателей всех нагрузок в сети (Н1 – Н5), если в исходном нормаль-

ном режиме

трансформаторы Т1, Т2 и Т3 получают питание по линии W2

(линия W1 выведена из работы, а секционный выключатель Q15 на подстан-

ции №3 включен). В этих условиях, в случае отключения головной линии W2,

последующего ее включения устройством АПВ и восстановления питания на

шинах 35 кВ подстанций №2 и №3, в линии W2 может возникнуть наиболь-

ший

ток, так же как и в линии W1 в аналогичных условиях:

СЗAП W2 CЗАП Н1CЗАП Н2CЗАП Н3CЗАП Н4CЗАП Н5

IIIIII=++++ = 668,5 А.

Ток срабатывания третьей ступени:

СЗ W2-3 CЗАП W2

=⋅ =

1, 3

668,5

0,85

⋅

= 1022 А.

При этом защита отстроена от максимального рабочего тока в линии

W2 (495 А) и можно принять:

СЗ W2-3

I = 1022 А.

Ток срабатывания реле третьей ступени защиты:

23 СЗ W2-3СР W СХ Т

kI k

−

=⋅ = 1022 / 200 = 5,1 А.

Коэффициент чувствительности третьей ступени защиты для основного

действия:

(2)

22 23

ЧКMIN W K СЗ W

kI I

−

= = 12000·10/(1022·35) = 3,4 > 1,5.

Здесь

(2)

MIN W K

– ток в месте установки защиты на линии W2 при двухфаз-

ном КЗ в расчетной точке К2, приведенный к стороне 35 кВ.

Как видно, третья ступень защиты имеет достаточную чувствительность.

Для третьей ступени защиты выбирается реле тока PT-40/10 с диапазо-

ном уставок от 2,5 А до 10 А.

Выдержка времени третьей ступени защиты должна быть согласована

выдержкой времени срабатывания МТЗ, установленной на трансформаторе

Т1 (6 с), и выдержкой времени срабатывания третьей ступени защиты, уста-

новленной на линии W3 на подстанции №2 (2,5 с):

СЗ W2-3 1СЗ T

ttt=+Δ = 6 + 0,5 = 6,5 с.

108

Реле времени для второй и третьей ступеней защиты линии W2 – ЭВ-132 с

диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 секунд и номинальным напряжени-

ем питания 220 В.

Промежуточные реле – РП-221 с номинальным напряжением питания

220 В.

Указательные реле – РУ-21/0,01

Схема защиты, устанавливаемой на линии W2 на подстанции №1, не

отличается от схемы аналогичной защиты линии W1 (см. рис. 3.19).

Производится проверка ТТ на 10% погрешность.

Определяется предельная кратность тока для ТТ на подстанции №1:

10 1 1 2 1 1

1,1

АСЧ НОМ ТТ CЗ W НОМ ТТ

kI I I I

−

==⋅ = 1,1·4730/1000 = 5,2.

По кривым предельной кратности для ТФНД-35М (см. приложение)

определяется максимальное значение сопротивления нагрузки ТТ – 10 Ом.

Расчетное наибольшее сопротивление нагрузки ТТ:

40 / 50 40 /10

Н РАСЧ ПР РТ РТ ПЕР

RZ Z R

−−

=⋅ +⋅ + + .

Здесь

РТ

CР MIN

−

– сопротивление реле РТ-40 при минимальной уставке;

S и

CР MIN

– расчётная мощность реле и минимальный ток срабатывания ре-

ле (для реле РТ-40/50

S = 0,8 ВА,

CР MIN

I = 12,5 А; для реле РТ-40/10

S = 0,5 ВА,

CР MIN

I = 2,5 А) [9]; R

ПР

– активное сопротивление проводников в

сигнальном кабеле (можно принять

ПР

= 0,05 Ом); R

ПЕР

– активное сопротив-

ление переходных контактов (можно принять

ПЕР

= 0,1 Ом).

Значение расчетного наибольшего сопротивления:

2 0,05 2 0,8 (12,5) 0,5 (2,5) 0,1

НРАСЧ

Z =⋅ +⋅ + + = 0,29 Ом.

Это значение (0,29 Ом) значительно меньше допустимого (10 Ом). Сле-

довательно, режим работы ТТ в защите, установленной на линии W2 на под-

станции №1, соответствует требованиям при выполнении которых полная по-

грешность ТТ не превысит 10%.

3.4.10. Проверка согласования защит

Наиболее наглядное представление о согласовании защит, установлен-

ных на разных элементах электрической системы

, дают характеристики этих

защит в графическом виде – карты селективности (рис. 3.21 и рис. 3.22). Для

этого характеристики должны быть приведены к одной ступени напряжения

электрической системы, например, к стороне 10 кВ. Как правило, на карты

селективности выносят характеристики только тех защит, которые необходи-

мо отстраивать друг от друга по времени или току, и

которые обтекаются то-

ком КЗ при КЗ в наиболее удалённой точке сети. Именно по этой причине ха-

рактеристики защит представлены на двух рисунках, а не на одном.

109

Значения параметров срабатывания защит, полученные расчетным пу-

тем и необходимые для построения характеристик, приведены в таблице 3.14.

Таблица 3.14

Ток срабатывания Время срабатывания

Значение, А

Место

установки

защиты

обозна-

чение

приведен-

ное к сто-

роне

35 кВ

приведен-

ное к сто-

роне

10 кВ

обозначе-

ние

значение, с

11CЗ W

−

4420 15470

12CЗ W

−

4030 14105

12CЗ W

−

0,5

Линия W1, под-

станция №1

13CЗ W

−

1022 3577

13CЗ W

−

21CЗ W

−

4730 16555

22CЗ W

−

4240 14840

22CЗ W

−

0,5

Линия W2, под-

станция №1

23CЗ W

−

1022 3577

23CЗ W

−

6,5

32 1CЗ W

−

3530 12355

Линия W3, под-

станция №2

32 2CЗ W

−

637 2230

32 2CЗ W

−

2,5

33 1CЗ W

−

3360 11760

33 2CЗ W

−

1530 5355

33 2CЗ W

−

0,5

Линия W3, под-

станция №3

33 3CЗ W

−

396 1386

33 3CЗ W

−

6,5

4CKOW

1360 4760

4CЗMTЗ W

536 1860

4CЗ MTЗ W

1,7

Линия W4

(блок линия–

трансформатор

W4-Т3)

4CЗП W

203,8 713

4CЗП W

1,7

54 1CЗ W

−

2340

Линия W5, под-

станция №4

54 2CЗ W

−

657

54 2CЗ W

−

1,2

53 1CЗ W

−

2448

Линия W5, под-

станция №3

53 2CЗ W

−

808

53 2CЗ W

−

1,5

2CЗ T

419 1467

2CЗ T

Трансформатор

Т2

2CЗП T

203,8 713

2CЗП T

1CЗ T

356 1246

1CЗ T

Трансформатор

Т1

1CЗП T

203,8 713

1CЗ T

61CЗ W

−

1560

62CЗ W

−

804

62CЗ W

−

0,5

Магистральная

линия W6,

подстанция №2

63CЗ W

−

370

63CЗ W

−

5,5

110