Расчет релейной защиты 110 кв

Для защиты воздушной линии напряжением 10 кВ предусматривается токовая отсечка, максимальная токовая защита и устройство автоматического повторного включения (АПВ). Принимается выполнение максимальной токовой защиты и селективной токовой отсечки по схеме неполной звезды с реле тока РТМ и РТВ (рис. 8.2, реле КА1, КА2).

Ток срабатывания токовой отсечки определяется по условиям:

где — коэффициент отстройки для реле РТМ.

Отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов, присоединенных к фидеру:

Ток срабатывания реле:

где — коэффициент схемы для соединения в звезду;

— коэффициент трансформации трансформаторов тока.

По формуле (8.12) определяем ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТМ, встроенное в привод масляного выключателя ВМПП-10 с уставкой тока 40А.

Тогда ток срабатывания отсечки будет равен:

По формуле (8.13) определим коэффициент чувствительности:

Определим ток срабатывания МТЗ линии в соответствии с выражением:

где — коэффициент отстройки для реле РТВ;

— коэффициент возврата реле РТВ.

Ток срабатывания МТЗ из выражения (8.14) равен:

Ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТВ-V с уставкой 12А, тогда:

Проверим чувствительность МТЗ при коротком замыкании в основной зоне действия защиты.

Чувствительность защиты в зоне резервирования (при КЗ на шинах низкого напряжения трансформаторов 10/0,4 кВ)

Выбираем время срабатывания МТЗ линии по условию согласования с плавкими предохранителями ПКТ, при которых ступень селективности сек должна обеспечиваться при всех возможных значениях тока короткого замыкания.

Для повышения надежности электроснабжения и исправления неселективного действия, линия оборудуется устройством АПВ (автоматического повторного включения) однократного действия. Принимаем типовое устройство РПВ-58, время срабатывания сек. Время возврата определяется продолжительностью заряда конденсатора 15-20 сек.

Рис. 8.2 Комплект релейной защиты и автоматики на стороне напряжения 10 кВ

Расчет релейной защиты линии 110 кВ

В качестве основной защиты для ВЛ принят комплект ШДЭ-2801.

Участок линии электропередач 110 кВ

Протяженность 0.8 км

Провод марки АС 95

Воздушные линии электропередач подвержены повреждениям в большей степени, чем другое электрическое оборудование. Для быстрого отключения линии при ее повреждениях, ВЛ, согласно ПУЭ должны быть оборудованы релейной защитой, действующей на отключение.

В сетях сложной конфигурации для защиты ВЛ 110кВ от междуфазных КЗ используется дистанционная защита, которая измеряет полное сопротивление ВЛ от места подключения измерительных трансформаторов напряжения до места КЗ. ДЗ имеет ступенчатую характеристику сопротивлений срабатывания зон и выдержек времени. Имеет три ступени:

Полное сопротивление защищаемой линии:

Сопротивление срабатывания защиты определим по формуле:

где, Котс=0,87 — коэффициент отстройки, о.е;

Отстройка от 1 ступени следующей самой короткой линии:

Сопротивление срабатывания защиты определим по формуле:

где, Kотс=0,87 Котс ` =0.78. (8.20)

Сопротивление срабатывания защиты определим по формуле:

Определим ток трехфазного к.з по формуле:

Определим Iвыб по формуле:

Определим Kток по формуле:

определим сопротивление срабатывания защиты:

>1,25 (ближнее резервирование)

Отстраивается от максимального тока нагрузки.

Сопротивление срабатывания защиты определим по формуле:

(3) — ток на линии ВЛ60 при трехфазном к.з в конце первой ступени защиты, определяемый по кривым спадания.

Кривые спадания токов трехфазных к.з

Шины подстанции Б: 60%; (8.29)

Дистанционная защита линии ВЛ 110 кВ рекомендуется к установке в качестве основной от между фазных к.з.

Аннотация

Релейная защита является важнейшей и наиболее ответственной частью автоматики, применяемой в современных энергосистемах. Релейная защита изучает вопросы по автоматической ликвидации повреждений и ненормальных режимов.

Задачи релейной защиты, ее роль и значение в обеспечении надежной работы энергосистем и бесперебойного снабжения электроэнергией потребителей. Это обусловлено усложнением схем и ростом электросетей. В связи с этим требованиям к быстроте действия, селективности, чувствительности и надежности работы релейной защиты увеличиваются. Все большее распространение получают устройства релейной защиты с использованием полупроводниковых приборов. Их применение открывает больше возможностей для создания быстродействующих защит.

В настоящее время разрабатываются устройства релейной защиты на микропроцессорной основе, что позволит еще больше увеличить быстродействие защит.

Параметры защищаемого оборудования

Параметры защищаемого генератора.

Тип Sном, МВА Частота вращения. об/мин. Рном, МВт Cos φном Iном, кА Uном, кВ nном, % Xd ’’ Xd Xd X2 X0 Схема соединения обм. статора Охлажд. обмоток Примечание
Статор Ротор
ТВФ-63-2ЕУ3 78,75 0,8 4,33 10,5 98,1 0,1361 0,202 1,5131 0,166 0,072 YY НВ КВ G1, G2

Имеют место обозначения:

ВФ — водородное форсированное охлаждение;

63 — активная мощность, МВт;

2 — количество полюсов ротора;

Е — единая унифицированная серия;

У — климатическое исполнение — умеренный климат;

3 — категория размещения — в закрытом помещении, по ГОСТ 15150-69.

Параметры защищаемой воздушной линии.

Наименование линии Uном ВЛ, кВ Вид нейтрали Длина линии, км Тип линии Удельное реактивное сопротивление
Прямой последов-ти Ом/км Нулевой последов-ти Ом/км
W5 заземлена одноцепная 0,4 0,8

Выбор защит линии 110 кВ

2.1 Защиты линии 110 кВ W5.

На одиночных линиях с односторонним питанием согласно ПУЭ (п.3.2.110) предусматриваться ступенчатые токовые защиты:

1. От междуфазных к.з. комплект, состоящий:

а) из токовой отсечки и максимальной токовой защиты с выдержкой времени (для тупиковых линий)

2. От замыканий на землю комплект, состоящий:

а) из токовой отсечки нулевой последовательности и максимальной токовой защиты с выдержкой времени нулевой последовательности (для тупиковых линий)

Расчет защит линии 110 кВ.

3.1 Схема замещения прямой последовательности

Расчет выполняем в именованных единицах при Uбаз=115кВ

Сопротивление трансформаторов без учета регулирования напряжения

Сопротивление трансформаторов Т1,Т2 с учетом РПН

Uном.вн=115 кВ ±12% (±12 ступеней)

Сопротивление трансформатора Т1,Т2 при крайней ступени «отрицательного» регулирования

где =1-0,12=0,88

Сопротивление трансформатора Т1,Т2 на 10-й ступени «положительного» регулирования

где =1+0,1=1,1

Сопротивление трансформатора Т5

Uном.вн=115 кВ ±12% (±12 ступеней)

Сопротивление трансформатора Т5 при номинальных данных

Сопротивление трансформатора Т5 при крайней ступени «отрицательного» регулирования

где =1-0,12=0,88

Сопротивление трансформатора Т5 на 10-й ступени «положительного» регулирования

где =1+0,1=1,1

3.2 Схема замещения нулевой последовательности.

Выбор режимов работы нейтралей 110 кВ трансформаторов:

1. На ТЭЦ принят режим глухозаземленных нейтралей Т1 и Т2.

2. На транзитной ПС принимаем режим: один трансформатор 25 МВА с глухозаземленной нейтралью, второй трансформатор – нейтраль заземлена через разрядник (Т3 и Т4)

3. На тупиковой ПС трансформатор Т5 работает с нейтралью заземленной через разрядник..

При составлении схемы учитываются сопротивления тех элементов, по которым проходят токи нулевой последовательности (схема представлена в приложении 2)

Сопротивление нулевой последовательности системы:

Сопротивление нулевой последовательности линии:

КЛЭП=3,0 для 2-х цепных линий с грозозащитным тросом

КЛЭП=2,0 для одноцепных линий с грозозащитным тросом

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точках К123 для выбора настройки МТЗ линии W5.

Сворачиваем схему замещения прямой последовательности приведенной к точкам К3

Выбираем комплект КЗ-9 для I ступени (ТО) и выбираем два комплекта КЗ-14 для II и III ступеней МТЗ с выдержками времени.

Ток срабатывания Iср выбирается из условия отстройки от тока 3-х фазного КЗ в точке К3 в максимальном режиме.

Котс=1,2÷1,3 – коэффициент отстройки

Выбираем реле РТ 140/50 с последовательным соединением обмоток.

Чувствительность I ступени при 2-х фазном КЗ в конце линии

tср=0,1 сек – для отстройки от tср разрядников установленных на линии.

Ток срабатывания Iср выбирается из условия отстройки от максимального рабочего тока защищаемой линии

Котс=1,2÷1,3 – коэффициент отстройки

Ксз=2÷3 – коэффициент самозапуска электродвигателя

Квоз=0,8 – коэффициент возврата реле РТ-40 (РТ-140)

Выбираем реле РТ-140/20 с параллельным соединением обмоток.

Чувствительность II ступени к 2-х фазному КЗ в точке К3 в минимальном режиме:

Аналогично в нормальном режиме

Время срабатывания выбирается из условия согласования с МТЗ трансформатора на стороне 110 кВ

Ток срабатывания Iср выбирается из условия обеспечения Кч ≥ 1,2 при КЗ в точке К3 в максимальном режиме.

Выбираем реле РТ-140/10 с параллельным соединением обмоток

Выбираем реле времени РВ-132

3.4 Расчет защиты от замыкания на землю

Сворачиваем схему замещения нулевой последовательности и определяем токи однофазного КЗ в точках К1 и К2 в различных режимах

Максимальный режим Минимальный режим

Схема замещения принимает вид

Максимальный режим Минимальный режим
Для точки КЗ К1
Для точки КЗ К2
Точка КЗ К1
Точка КЗ К2

Выбираем комплект КЗ-115, содержащий 3 токовых реле и два реле времени. Реле направления мощности нулевой последовательности не используем.

3.5 Выбор настройки токовой защиты от замыкания на землю

Ток срабатывания выбираем по условию обеспечения требуемой чувствительности при КЗ на землю в конце линии в минимальном режиме (точка К2)

К4=1,5 – требуемый коэффициент чувствительности.

Выбираем реле РТ-140/50 с параллельным соединением обмоток.

Настройку II ступени выбираем из условий согласования со своей I ступенью (резервирование защит)

Выбираем реле РТ-140/20 с параллельным соединением обмоток.

Настройку III ступени выбираем по условию отстройки от максимального тока небаланса протекающего через защиту при 3-з фазном КЗ за трансформатором (точка К3).

Котс=1,25 – коэффициент отстройки

Кпер=1,0 – коэффициент учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме

Кнб=0,05÷1 – коэффициент небаланса

I (3) =852 (А) – расчетный ток КЗ

Выбираем реле РТ-140/10 с параллельным соединением обмоток.

Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.

Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.

Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.

Газовая защита трансформатора

Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.

Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле — поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.

В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.

Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.

Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.

Струйная защита бака РПН

Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.

Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.

Реле уровня масла (РУМ)

Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла — эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).

Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок — основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.

Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.

Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.

Зона действия данной защиты — трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.

Токовая ступенчатая защита трансформаторов

Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.

Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.

Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.

Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.

Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.

МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.

Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.

Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.

Защита трансформатора от перенапряжений

Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).

Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.

Дополнительные защиты трансформатора

Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.

Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.

Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.

Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.

Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ

Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.

На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.

Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.

Оцените статью
Topsamoe.ru
Добавить комментарий