Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем - файл n1.doc

Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем
скачать (1984.4 kb.)
Доступные файлы (12):
n1.doc393kb.06.12.1999 16:34скачать
n2.doc464kb.06.12.1999 17:23скачать
n3.doc456kb.06.12.1999 15:28скачать
Gl4-5.doc251kb.06.12.1999 15:45скачать
n5.doc734kb.06.12.1999 16:12скачать
n6.doc250kb.06.12.1999 16:13скачать
Gl8-3.doc626kb.25.11.1999 13:26скачать
Gl8-5.doc415kb.06.12.1999 16:45скачать
n9.doc494kb.06.12.1999 16:31скачать
Gl9_1.doc718kb.06.12.1999 16:44скачать
n11.doc91kb.06.12.1999 17:09скачать
n12.doc467kb.06.12.1999 16:56скачать

n1.doc

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации


Московский энергетический институт (технический университет)


А.Ф.Дьяков, В.В.Платонов

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Учебное пособие

Москва 2000


ББК

УДК 621.316.925

Дьяков А.Ф., Платонов В.В. Основы проектирования релейной защиты электроэнергетических систем.: Учебное пособие/ Московский энергетический институт (технический университет)
ISBN
Рассматриваются вопросы комплексного проектирования релейной защиты электрических сетей напряжением 110 кВ и выше, а также основного электрооборудования электрических станций и подстанций. Даются рекомендации по выбору расчетных режимов и расчету токов короткого замыкания для релейной защиты. Рассматриваются принципы выполнения и методики расчета уставок срабатывания максимально-токовых, дистанционных, поперечных дифференциально-направленных и дифференциально-фазных высокочастотных защит линий электрических сетей энергосистем.

Приводятся методики расчета уставок срабатывания основных и резервных защит основного электрооборудования электрических станций и подстанций: генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов, блоков генератор-трансформатор и генератор-автотрансформатор. Даются примеры расчета уставок и выбора принципов релейной защиты и автоматики участка сети 220 кВ, а также релейной защиты генератора, трансформатора, автотрансформатора и блока генератор-трансформатор.

Учебное пособие предназначено для студентов электроэнергетических специальностей 10.01, 10.02, 21.04 всех форм обучения, изучающих курсы Релейная защита и автоматика, Релейная защита электроэнергетических систем, Основы проектирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем и выполняющих курсовое и дипломное проектирование. Пособие будет полезным для работников служб релейной защиты и автоматики энергосистем.

ВВЕДЕНИЕ



Настоящее учебное пособие соответствует базовому курсу цикла специальных дисциплин "Основы проектирования релейной защиты и автоматики электроэнергетических систем" Государственного образовательного стандарта по специальности "Автоматическое управление электроэнергетическими системами". В учебном пособии отражены вопросы, изучаемые студентами других электроэнергетических специальностей в курсе "Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем". Закрепление практических знаний по этим дисциплинам осуществляется при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов.

При учебном проектировании основными материалами являются "Руководящие указания по релейной защите" (выпуск 1-13) и типовые проекты по выполнению релейной защиты и автоматики элементов электрооборудования электроэнергетических систем. Эти материалы выпускаются проектными и научно-исследовательскими институтами "Энергосетьпроект" и "Атомтеплоэлектропроект" для специалистов-проектировщиков и характеризуются детальной проработкой широкого круга специальных вопросов, которые нашли отражение более чем в 200 печатных листов специальной литературы. Освоение этих материалов студентами затруднено из-за большого объема и сложности рассматриваемых технических решений.

В настоящем учебном пособии методически обобщены основные проектные материалы и руководящие указания по релейной защите электроэнергетических систем, которые дополнены пояснениями из предшествующих курсов общетехнических дисциплин.

Учебное пособие состоит из трех частей, охватывающих теоретический материал (часть I и II) и примеры расчетов (часть III).

В первой части, посвященной учебному проектированию релейной защиты электрических сетей энергосистем, рассмотрены вопросы выбора исходных данных и расчетных режимов для вычисления токов короткого замыкания, построения кривых спадания токов короткого замыкания по линиям с определением параметров отдельных последовательностей, подводимых к устройствам релейной защиты при коротких замыканиях. Приведены методики расчета релейной защиты от междуфазных повреждений (максимальные токовые и дистанционные защиты) и от замыканий на землю (максимальные токовые защиты нулевой последовательности). Рассмотрены методики расчета и особенности выполнения устройств релейной защиты, действующих при всех видах повреждений: комплектных защит шкафа ШДЭ-2801, поперечной дифференциально-направленной защиты параллельных линий и дифференциально-фазной высокочастотной защиты.

Вторая часть посвящена учебному проектированию релейной защиты основного электрооборудования электрических станций и подстанций. Рассмотрены типы применяемых устройств релейной защиты и принципы выбора основных и резервных защит генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и блоков генератор-трансформатор (автотрансформатор). Приведены методики расчета основных и резервных защит генераторов, работающих на сборные шины, понижающих трансформаторов и автотрансформаторов, а также блоков генератор-трансформатор и генератор-автотрансформатор.

В третьей части даются примеры расчета основных и резервных защит электроэнергетических систем. Комплексно рассмотрен пример расчета релейной защиты и автоматики участка сети с эффективно-заземленной нейтралью с расчетом уставок максимальных токовых защит от междуфазных повреждений, дистанционных защит, максимально-токовых защит от замыканий на землю, поперечной дифференциально-направленной защиты параллельных линий и высокочастотных дифференциально-фазных защит. Выполнено согласование выдержек времени автоматического повторного включения с релейной защиты, приведены схемы размещения релейной защиты и автоматики (карты селективности) для рассматриваемого участка сети.

Приводятся примеры расчета основных и резервных защит генератора, работающего на сборные шины, понижающего трансформатора, автотрансформатора понижающей подстанции и блока генератор-трансформатор.


Часть I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
Глава первая. Общие положения при проектирования релейной

защиты электрических сетей
1.1. Структура, классификация и основные проектные требования к

устройствам релейной защиты
1.1.1. Структура устройств релейной защиты
Несмотря на разнообразие в схемах и устройствах релейной защиты по назначению и виду параметра, на который реагирует защита, все они имеют общую структуру и содержат много сходных элементов и узлов. Основными элементами общей структурной схемы (рис.1) являются:

1. Источники постоянного и переменного оперативного тока. К первым относятся аккумуляторные батареи 12 – 220 В, ко вторым – трансформаторы тока или напряжения, блоки питания, зарядные устройства.

2. Датчики информации: трансформаторы тока и напряжения, устройства емкостного отбора напряжения, контакты сигнализации положения коммутационной аппаратуры (выключателей, разъединителей и т.п.).

3. Блоки сравнения и логики. Конструктивно размещаются на панели защиты данного присоединения. К блокам сравнения относятся максимальные и минимальные реле тока или напряжения, реле сопротивления и т.п. Блоки логики содержат реле времени, промежуточные реле, устройства АПВ, АВР.

4. Блоки управления и местной сигнализации. Конструктивно размещаются на панели управления данного присоединения. Это ключи управления, сигнальные лампы контроля положения выключателей, сигнализаторы положения разъединителей, сигнальные табло и измерительные приборы.

5. Блок общей сигнализации. Содержит устройство мигающего света, реле звуковой сигнализации, звонок, сирену и сигнальные табло.

Как видно из рис.1, непосредственное управление и контроль положения выключателя осуществляется с панели управления. При возникновении КЗ на защищаемом объекте увеличивается ток через трансформаторы тока, снижается напряжение на шинах, уменьшается сопротивление сети, появляется несимметрия в трехфазной системе, – токи и напряжения обратной и нулевой последовательностей. Различные устройства защиты реагируют на параметры I, U, Z, I2, U2, I0, U0 и их комбинации, включая производные. С помощью трансформаторов тока и напряжения эта информация передается по кабелям на панель защиты. В блоке сравнения в зависимости от соотношения входного сигнала и заданных уставок срабатывают соответствующие пусковые реле и включаются реле блока логики, который с необходимой выдержкой времени посылает импульс на отключение выключателя (через панель управления). После отключе-





ния выключателя на панели управления начинает мигать сигнальная лампа (вследствие несоответствия положений ключа управления и выключателя), а на панели общей сигнализации горит табло блинкер не поднят, звонит звонок и работает сирена.
1.1.2. Классификация защит электрических сетей
Релейную защиту принято классифицировать по характеру изменения параметра, на который реагирует защита, по назначению в зависимости от ответственности и порядка работы при КЗ, а также для определенных видов КЗ.

1. По характеру изменения параметра защиты разделяются на максимальные и минимальные. Защиты, реагирующие на величины I, I2, I0, U2, U0, возрастающие в условиях КЗ, называются максимальными. Защиты, реагирующие на величины U, Z, снижающиеся при КЗ, называются минимальными.

2. По назначению в зависимости от ответственности и порядка действия при КЗ, защиты классифицируют как основные, резервные и дополнительные.

Основной называется защита, обеспечивающая первоочередное отключение повреждений в любой точке защищаемого участка.

Резервной называют защиту, обеспечивающую отключение поврежденного участка при отказе в работе основной защиты или выключателя. Различают резервные защиты ближнего действия, отключающие повреждения в любой точке защищаемого участка при отказе его основной защиты, и резервные защиты дальнего действия, создающие условия для отключения защищаемого участка при КЗ на смежном участке и отказе защиты или выключателя смежного участка. С целью упрощения резервных защит допускается выполнение их реагирующими только на более частные виды КЗ (однофазные и двухфазные).

Дополнительной называется защита, обеспечивающая частичное дублирование основной защиты и действующая в этом случае одновременно с ней. Обычно это простая защита, основанная на другом принципе и отключающая наиболее тяжелые виды КЗ на части защищаемого участка.

3. По назначению для определенных видов КЗ классификация защит зависит от режима заземления нейтрали сети. Для сети 110 кВ и выше, работающих с эффективно заземленной нейтралью, выделяют защиты от междуфазных повреждений (максимальные токовые и дистанционные), от замыканий на землю (максимальные токовые нулевой последовательности) и от всех видов повреждений (дифференциальные, дифференциально-фазные и направленные высокочастотные защиты, а также приставки высокочастотной блокировки).
1.1.3. Требования, учитываемые при проектировании защит
Полный объем требований, предъявляемых к релейной защите, рассмотрен в /1, 2/. При проектировании релейной защиты основными требованиями являются: быстродействие, избирательность (селективность), чувствительность, надежность и наличие устройств сигнализации.

Быстродействующей считается защита, обеспечивающая подачу командного импульса на отключение со временем не более 0,1 с с момента возникновения нарушения. Для линий 35 кВ и выше применение быстродействующего отключения считается обязательным на тех участках, где повреждения вызывают снижение напряжения до 60-65% на шинах подстанций, через которые осуществляется транзит мощности параллельно работающих станций системы. На рис.2 такими транзитными подстанциями (П) являются А, Б и В. Любое КЗ (К1, К2) на транзитных линиях АБ и БВ должно отключаться без выдержки времени, т.е. релейная защита на выключателях Q1-Q4 должна быть быстродействующей. Время действия защиты на выключателях Q5 и Q6 определяется уровнем остаточного напряжения на шинах подстанций Б и В при КЗ в конце зоны действия защиты (отсечки) в точках КЗ и К4. Здесь быстродействующая защита требуется только на выключателе Q5.


Рис.2. Пример определения быстродействия релейной защиты
Быстродействующими являются первые ступени токовых отсечек, дистанционных защит, продольные и поперечные дифференциальные, дифференциально-фазные и направленные высокочастотные защиты.

Избирательной считается защита, обеспечивающая отключение только поврежденного элемента энергосистемы. Необходимая избирательность достигается отстройкой от таких величин подводимых к защите параметров (I, I0,, I2, U2, U0, U, Z), при которых защита данного элемента не должна действовать. Указанную отстройку получают введением коэффициента запаса кз к расчетной величине параметра:

Ас.з = кз Арасч.

Для максимальных защит кз >1, для минимальных – кз <1.

Кроме того, для обеспечения избирательности и резервирования защиты выполняются многоступенчатыми с дополнительным согласованием ступеней смежных защит по времени (для вторых и последующих ступеней):



где tс.з – время срабатывания защиты; t = 0,5-0,6 с – ступень селективности (избирательности).

Напомним, что функцию избирательности выполняют реле направления мощности и реле сопротивления.

На рис.3 показан принцип выполнения многоступенчатой защиты.



Рис.3. Пример определения избирательности многоступенчатой защиты
Первая ступень защищает основной объект и отстраивается от расчетных параметров при КЗ за выключателем смежного участка (в точке КЗ). Напомним, что при расчетах ток защиты одинаков в точках К1, К2, К3 и поэтому иногда говорят, что I-я ступень отстраивается от КЗ в конце линии (точка К1), хотя имеется в виду точка К3. Вторая ступень резервирует I-ю и полностью защищает свой объект и часть смежного, отстраивается от первых (или вторых) ступеней защиты смежных линий. Третья ступень резервирует защиты своей и смежной линий (частично), отстраивается от вторых (третьих) ступеней защит смежных линий, а также от нормального и перегрузочного режимов.

Чувствительной считается защита, обеспечивающая надежное отключение защищаемого элемента при его повреждениях. Надежность отключения характеризуется коэффициентом чувствительности.

Для максимальных защит коэффициент чувствительности определяется как отношение наименьшей величины электрического параметра, подводимого к защите при КЗ в конце защищаемой линии, к уставке срабатывания:



Для минимальных защит коэффициент чувствительности определяется как отношение уставки срабатывания (zc, Uс.з) к наибольшей величине электрического параметра, подводимого к защите при КЗ в конце защищаемой линии:



Значения коэффициентов чувствительности регламентируются / 1 /.

Для большинства основных защит принимается кч = 1,5-2,0, для резервных кч = 1,2-1,5. Чувствительность первых ступеней защит может характеризоваться косвенно – защищаемой зоной.

Надежной считается защита, обеспечивающая ее устойчивое функционирование в неодинаковых режимах. Различают аппаратную и эксплуатационную надежность. Аппаратная надежность характеризует качество защиты, обеспечивается простотой схем, а также безотказностью, ремонтопригодностью и долговечностью комплектующих элементов. Для сложных защит применяют устройства самоконтроля (функциональный контроль), обеспечивающие, в частности, вывод защиты из работы при ее повреждениях и контроль исправности выходных цепей. Особо сложные защиты выполняют с многократным дублированием и мажорированием основных каналов, что исключает неверное действие защиты при повреждении любого из них. Эксплуатационная надежность характеризует устойчивость функционирования и обеспечивается точностью работы и помехозащищенностью, а также реализацией таких основных требований, как быстродействие, избирательность и чувствительность.

Для повышения надежности применяют дублирование и резервирование основных защит (ближнее и дальнее резервирование).

Наличие устройств сигнализации позволяет судить о правильности работы защиты и автоматики и анализировать порядок протекания процессов при КЗ. С этой целью сигнальные реле устанавливаются не только в отключающих и включающих цепях выключателей, но и в цепи каждой ступени защиты. Кроме того, применяют устройства для автоматической записи электрических параметров системы в нормальном режиме (самопишущие приборы) и при КЗ (аварийные осциллографы, регистраторы).
1.2. Исходные данные для проектирования
1.2.1. Номенклатура устройств релейной защиты
В настоящее время защита электрических сетей напряжением 6–750 кВ выполняется с помощью комплексов релейной защиты линий, выполненных как на базе традиционных электромеханических устройств, так и с применением микроэлектронной базы (интегральных микросхем, микропроцессорной техники).

Электротехническая промышленность серийно выпускает в течение последних десятилетий следующие панели защиты на электромеханической базе:

Кроме панелей защиты выпускаются также комплекты защиты серии КЗ на электромеханических реле. которые предназначены для применения в схемах релейной защиты. Комплекты типов КЗ 9, КЗ 10, КЗ 12 КЗ 15, КЗ 17 применяются для работы на оперативном постоянном токе, а комплекты типов КЗ 35КЗ 38 –для работы на оперативном переменном токе. Все элементы каждого комплекта защиты смонтированы в одном общем корпусе. Назначение комплектов:



С середины 80-х годов серийно выпускается комплекс релейной защиты линий 110-330 кВ на микроэлектронной элементной базе в следующем составе:

Надежность функционирования этих устройств достигается, в частности, применением постоянного функционального автоматического контроля, охватывающего значительную часть элементов, с сигнализацией возникающих неисправностей. Для снижения трудозатрат на профилактическое обслуживание предусмотрен автоматизированный тестовый контроль.

Для линий 500 кВ и выше с 1983 г. выпускается комплекс устройств релейной защиты и автоматики на интегральных микросхемах серии ПДЭ 2000 в составе:


С 1991 г. происходит выпуск модернизированного комплекса защит линий 500 кВ и выше в составе:

Комплексы защиты типа ПДЭ 2000 и ШЭ 2700 могут эксплуатироваться и на линиях 330 кВ.

Вопросы проектирования релейной защиты и автоматики электрических сетей регламентированы Правилами устройства электроустановок / 1 /, Руководящими указаниями по релейной защите / 6-11 / и директивными материалами Главтехуправления РАО ЕЭС России. Принципы выбора уставок защит, в основном, мало зависят от элементной базы, на которой выполнена защита, и определяются традиционными методиками, изложенными в Руководящих указаниях. Некоторые особенности расчета уставок, связанные с различием элементной базы отдельных измерительных органов, изложены в / 12-15 /.
1.2.2. Исходные данные сети
Исходная схема сети представляет собой однолинейную электрическую схему проектируемого района, на которой указывают:

1. Схему с номинальными напряжениями, длинами линий, марками проводов, наличием заземляющих тросов и их материала. Обязательно учитывают параллельность линий, частичную или полную, а также указывают расстояние между параллельными линиями.

2. Схему электрических соединений электростанций и подстанций с параметрами трансформаторов, автотрансформаторов (мощность, напряжение КЗ, группы соединения обмоток, пределы регулировки напряжения), генераторов (мощность, номинальное напряжение, сверхпереходное реактивное сопротивление) / 4 /; кроме того, места установки и типы коммутационной аппаратуры.

3. Приведенные к шинам подстанций защищаемой сети величины сопротивлений прямой (обратной) и нулевой последовательностей других частей системы, соответствующие максимальному и минимальному режимам работы.

4. Места установки, типы и коэффициенты трансформации датчиков информации. Трансформаторы тока (ТТ) – либо встроенные в выключатели, либо отдельно стоящие. Трансформаторы напряжения (ТН) устанавливаются на каждой системе шин подстанций, емкостные отборы напряжения – на входе линий, до выключателей.

Кроме того в исходных данных необходимо отразить ряд особенностей, влияющих на выбор принципов и расчет уставок релейной защиты.

1. Применение подстанций без выключателей на стороне высокого напряжения с установкой короткозамыкателей и отделителей. Здесь возникает необходимость отключения линии с питающего конца при коротком замыкании (КЗ) на приемной подстанции, например, в трансформаторе.

2. Присоединение потребителей к линии электропередачи глухими отпайками. При этом усложняется выбор уставок защит, особенно для параллельных линий.

3. Рост несимметричной нагрузки: электрическая тяга на переменном токе, электродуговые печи и т.д., – вследствие чего при нормальном режиме работы в сети появляются токи и напряжения обратной и нулевой последовательностей.

4. Широкое применение на одиночных линиях неполнофазных режимов работы по схеме две фазы и земля. Здесь также в нормальном режиме появляются токи и напряжения обратной и нулевой последовательностей.

5. Применение переменного оперативного тока, параметры которого зависят от вида и места КЗ.
1.2.3. Основные режимы сети
Основные режимы сети касаются уровня загрузки системы и режима заземления нейтрали.

1. По уровню загрузки системы режимы разделяют на максимальный или нормально-эксплуатационный, когда в работе находятся все элементы энергосистемы, и минимальный, когда часть генераторов и линий отключены при минимальном режиме работы смежной системы. Режим работы для выбора уставок и оценки чувствительности защит рассматриваются конкретно для каждой защиты элемента сети и для каждого вида КЗ. Кроме того, для выбора уставок последних ступеней защит учитываются аварийные (диспетчерские) режимы работы, для которых указывают уровни напряжений на подстанциях и величины токов по линиям и трансформаторам.

2. Режимы заземления нейтралей трансформаторов и автотрансформаторов принимают на основании следующих основных положений:

а) нейтрали всех автотрансформаторов заземляются наглухо;

б) заземление нулевых точек трансформаторов электростанций весьма желательно, так как при этом исключается возможность работы участка сети в режиме изолированной нейтрали с появлением перемежающейся дуги; в тех случаях, когда по условиям снижения токов замыкания на землю приходится разземлять нейтрали у части трансформаторов, необходимо предусматривать автоматику первоочередного отключения этих трансформаторов при устойчивом замыкании на землю в защищаемой сети (рис.4);





Рис.4. Пример первоочередного отключения блока генератор-

трансформатор, работающего с изолированной нейтралью,

при устойчивых замыканиях на землю в сети с эффективно-

заземленной нейтралью
в) режим заземления нейтралей нулевых точек понизительных трансформаторов в основном определяется условиями работы релейной защиты (обычно заземляют только часть трансформаторов для того, чтобы при всех переключениях число заземленных трансформаторов не менялось); при работе сети с частичным заземлением нейтралей должны учитываться конструктивные особенности выполнения трансформаторов (некоторые типы трансформаторов с высшим напряжением 110 кВ и регулировкой напряжения под нагрузкой имеют изоляцию нулевого вывода, рассчитанную на напряжение не более 40 кВ и недостаточную для случая перехода в режим с изолированной нейтралью);

г) силовые трансформаторы с резко-выраженной несимметричной нагрузкой (например, подстанций электротяги, работающей на однофазном переменном токе) требуют заземления нейтралей обмоток высокого напряжения, соединенных в звезду и присоединенных к сети 110–220 кВ.

При оценке категории потребителя учитывают существование параллельных связей, наличие резерва мощности, допустимость и длительность перерывов в энергоснабжении.
1.3. Расчет токов короткого замыкания
1.3.1. Общий порядок расчета
Расчеты токов КЗ для релейной защиты /2, 3, 6/ ведут, как правило, в именованных единицах приближенным методом, используя систему симметричных составляющих. Первоначально на исходной электрической схеме защищаемой сети намечают расчетные точки КЗ. Обычно это сборные шины разных напряжений всех подстанций сети, начало, середина и конец каждой линии. Затем составляют схемы замещения прямой (обратной) и нулевой последовательностей, на которых также указываются места расчетных точек КЗ. В дальнейшем производится выбор расчетных режимов для защит и вычисляются полные токи в месте КЗ и находится распределение токов по ветвям схемы.

При расчетах токов КЗ для релейной защиты и автоматики определяют действующее значение периодической слагающей для момента времени t = 0, полагая, что ЭДС всех генераторов совпадают по величине и фазе.

Влияние апериодической слагающей тока КЗ не учитывается потому, что она быстро затухает и не сказывается на работе защит, имеющих выдержку времени. Быстродействующие защиты отстроены от действия апериодической слагающей либо введением коэффициента отстройки к току срабатывания (кпер=1,5 – 2,0), либо принципом выполнения измерительных органов (быстронасыщающиеся трансформаторы, избирательные фильтры).

Затухание периодической слагающей тока в процессе КЗ учитывают только для резервных защит от междуфазных повреждений генераторов и блоков генератор-трансформатор при КЗ на шинах генераторного напряжения, где отношение может достигать 1,5 для турбогенераторов и 1,1 для гидрогенераторов.

Для защиты и автоматики сетей затухание периодической слагающей тока КЗ не учитывают по следующим причинам:

– все генераторы снабжены устройствами автоматической регулировки возбуждения, стремящимися поддержать неизменными напряжение на шинах генератора и ток КЗ;

– точки КЗ в сетях, как правило, удалены от генераторов, и изменение сопротивления последних мало сказывается на результирующем сопротивлении до места КЗ;

– основные защиты сетей имеют время срабатывания порядка 0,1 с и затухание токов КЗ не сказывается;

– для медленнодействующих защит затухание периодической слагающей тока КЗ компенсируется тем, что возврат реле происходит при токе меньшем, чем ток срабатывания (кв = 0,8–0,85), а также наличием устройств мгновенного замера и величиной коэффициента чувствительности.
1.3.2. Составление схемы замещения прямой (обратной)

последовательности
1. Первоначально вычисляют сопротивления элементов схемы замещения. При расчете токов КЗ в именованных единицах выбирают среднее номинальное напряжение Uср.н, соответствующее основному напряжению сети, к которому приводятся сопротивления всех элементов системы.

2. Для генераторов, трансформаторов, автотрансформаторов и реакторов учитывается только индуктивная составляющая сопротивления:





где – сверхпереходное сопротивление генератора мощностью Рг; Uk – напряжение короткого замыкания соответствующей обмотки трансформатора (автотрансформатора), отнесенное к мощности SТ(АТ) данной обмотки; хр% – индуктивное сопротивление одной фазы реактора, отнесенное к номинальным параметрам реактора Uном, Iном, %.

3. Для линий 110 кВ и выше активное сопротивление проводов не учитывается и принимается для всех линий одинаковое удельное сопротивление прямой последовательности:

х = 0,4 Ом/км, а х1Л = х . l.

При напряжении 330 кВ и выше обычно учитывают емкостную проводимость линий, а х = 0,32 Ом/км. Для линий 35 кВ и ниже учитывают и активное сопротивление проводов / 6 /.

4. По вычисленным сопротивлениям элементов сети составляется схема замещения прямой последовательности, на которой указывают наименования подстанций, расчетные точки КЗ и величины сопротивлений элементов схемы с обязательной маркировкой сопротивлений или ветвей схемы. При расчете защит сетей схема замещения обратной последовательности принимается такой же, как и схема замещения прямой последовательности.
1.3.3. Составление схемы замещения нулевой последовательности
1. Для трансформаторов и автотрансформаторов схема замещения нулевой последовательности составляется на основе схемы замещения прямой последовательности. При этом можно применить следующее мнемоническое правило: сопротивления обмоток, соединенных в треугольник, подключают к земле; сопротивления обмоток, соединенных в звезду, включают последовательно в схему при заземленной нейтрали, и размыкают цепь обмотки при изолированной нейтрали. Пример составления схем замещения показан на рис.5.

Указанное правило обусловлено тем (рис.6), что индуктивное сопротивление обмоток, связанных с землей, определяется сопротивлением ветви намагничивания х0, которое намного больше сопротивления рассеяния обмоток хS. Наличие же обмотки, соединенной в треугольник (в которой токи нулевой последовательности замыкаются), играет роль размагничивающего контура для обмоток, соединенных в звезду. Поэтому результирующее сопротивление определяется суммой сопротивлений рассеяния этих обмоток. Из рис.6 видно, что при замыкании ключа S сопротивление токам нулевой последовательности находится как х0I-III = xI + xIII.


Рис.5. Пример составления схемы замещения трехобмоточного

трансформатора и автотрансформатора (сторона ВН-I,

СН-II, НН-III)




Рис.6. Пример распределения токов нулевой последовательности в

трехфазном трансформаторе (а) и схема замещения (б) фазы

трансформатора
2. Сопротивление воздушной линии токам нулевой последовательности зависит от наличия грозозащитных тросов, их материала, наличия параллельных линий и расстояния между последними, а также от марки и расположения проводов, типов опор. В зависимости от этих параметров удельное сопротивление нулевой последовательности колеблется от 0,8 до 2,6 Ом/км.

Большее сопротивление линии токам нулевой последовательности объясняется тем, что токи нулевой последовательности отдельных фаз совпадают по направлению, а влияние обратного тока земли незначительно. В результате магнитные потоки отдельных фаз (ФОА, ФОВ, ФОС) совпадают, образуя результирующий магнитный поток самоиндукции для одной линии ФОС , а для двухцепной линии магнитный поток возрастает за счет потока взаимоиндукции ФОВ (рис.7). Соответственно возрастает и сопротивление нулевой последовательности




Рис.7. Пример распределения токов и магнитных потоков нулевой

последовательности двухцепной линии
При практических расчетах сопротивления нулевой последовательности линии х дают в зависимости от ее сопротивления токам прямой последовательности х (табл.1.1).
Таблица 1.1
Сопротивление линии токам нулевой последовательности





Линии

Параметры линии

Одноцепная

х0одн = хос

Двухцепная (на цепь) х0двосов

Без грозозащитного троса

Со стальным тросом

С хорошо проводящим тросом

3,5 х

3,0 х

2,0 х

5,5 х

4,7 х

3,0 х


Здесь хос – сопротивление самоиндукции одиночной линии для токов нулевой последовательности; хов – сопротивление взаимоиндукции парал­лельных линий для токов нулевой последовательности (здесь и в дальнейшем индекс "Л" опускается).

Особый интерес представляют схемы замещения нулевой последовательности двухцепных линий при КЗ на одной из цепей, а также в режимах каскадного отключения одной из линий и в режиме отключения и заземления одной из параллельных линий. В этих случаях, вследствие наличия взаимоиндукции, распределение токов нулевой последовательности по линиям существенно изменяется. Схемы замещения прямой (обратной) и нулевой последовательностей для указанных случаев приведены на рис.8.

Схемы замещения нулевой последовательности для более сложных случаев (три и более параллельные линии; наличие заземленных отпаек на параллельных линиях) даны в / 6 /.

3. По вычисленным сопротивлениям элементов составляют схему замещения нулевой последовательности, на которой указывают наименования подстанций, расчетные точки КЗ и величины сопротивлений элементов сети. Элементы схемы нумеруются, указываются значения сопротивлений элементов схем.




Рис.8. Исходные схемы и схемы замещения прямой и нулевой

последовательностей параллельных линий в характерных

расчетных режимах: а – КЗ на одной линии; б – КЗ при

отключенной и заземленной одной линии; в – каскадное

отключение КЗ на одной линии


1.3.4. Выбор расчетных режимов и вычисление токов короткого

замыкания
1. При выборе расчетных режимов, кроме общих максимального и минимального, для каждой защиты и каждого вида КЗ рассматривается ряд своих максимальных и минимальных режимов: по максимальным выбирают уставки срабатывания защит, по минимальным оценивают чувствительность. При выборе таких частных режимов допускают возможность одновременного отключения только двух-трех элементов энергосистемы (ремонтное и аварийное отключение). Не рассматриваются случаи одновременного возникновения двух КЗ как нереальные. Так, для получения максимальной величины тока КЗ по линии стремятся отключить параллельные ветви, питающие место КЗ от общего источника, а для получения минимального режима производят отключения, ухудшающие связь точки КЗ и источника по данной линии. В ряде случае защита может иметь недостаточную чувствительность в отдельных минимальных режимах, тогда проверяют чувствительность защиты в каскаде в этих режимах и обязательно определяют коэффициенты чувствительности для общих максимального и минимального режимов, как наиболее вероятных. Напомним, что при каскадном (поочередном) отключении линии через защиту, действующую в последнюю очередь, протекает полный ток повреждения (а не доля), благодаря чему чувствительность защиты резко увеличивается.

Для расчета параметров аварийного режима в энергосистемах и сетевых предприятиях широко применяется комплекс программ ТКЗ-3000. Комплекс позволяет рассчитывать электрические величины в трехфазной симметричной сети любого напряжения при однократной продольной или поперечной несимметрии и выбирать уставки защит от замыканий на землю.

С помощью комплекса можно получать токи, напряжения, отношения токов к напряжениям (сопротивления) как в виде симметричных составляющих, так и в виде полных фазных или междуфазных величин. Для токовых защит от замыканий на землю производится отстройка от фиксированной точки КЗ, согласование с одной или несколькими защитами, проверка чувствительности, а также моделирование процесса отключения при работе дальнего резервирования.

Подсистема сетевого хозяйства позволяет перенумеровать узлы сети, создавать новую сеть путем слияния двух сетей, производить сверку сетей.

Подсистема эквивалентирования позволяет сворачивать сеть к любому числу узлов, а также строить новую сеть на основе полученного эквивалента.

Предельные возможности комплекса:

2. При условии идентичности схем замещения прямой и обратной последовательностей для определения полных токов, а также составляющих отдельных последовательностей токов и напряжений в месте КЗ можно воспользоваться следующими упрощенными расчетными выражениями / 6 /:

а) при трехфазных КЗ полный ток фазы равен току прямой последовательности




(1.4)

где х1 – результирующее сопротивление прямой последовательности, приведенное к точке КЗ;

б) при двухфазном КЗ полный ток поврежденной фазы равен




(1.5)

где х2 – результирующее сопротивление обратной последовательности; при этом составляющие токов и напряжений прямой и обратной последовательностей в месте КЗ находятся как






в) при однофазном КЗ на землю полный ток поврежденной фазы равен




(1.6)

где х0 – результирующее сопротивление нулевой последовательности в точке КЗ; при этом составляющие токов и напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей в месте КЗ находятся как

(1.7)

г) для двухфазного КЗ на землю вычисляют, как правило, только ток замыкания на землю




(1.8)

3. Распределение токов прямой, обратной и нулевой последовательностей при всех видах КЗ производится соответственно по схемам замещения прямой (обратной) и нулевой последовательностей.
1.3.5. Определение параметров отдельных последовательностей,

подводимых к защите при повреждениях
1. Для прямой и обратной последовательностей ток линии находится как

, (1.9)

где nIЛ – доля тока линии по отношению к току Iк в месте КЗ, которая определяется по схеме замещения прямой последовательности или принимается по результатам расчета трехфазных КЗ.

2. Для нулевой последовательности ток линии находится как

(1.10)

где n0Л доля тока нулевой последовательности, протекающая по линии; определяется по схеме замещения нулевой последовательности или принимается по результатам расчета токов однофазного КЗ.

В практических расчетах для релейной защиты и автоматики вычисляют только токи трехфазных и однофазных КЗ, по которым определяют токи при других видах повреждений.

3. Распределение напряжений отдельных последовательностей на различных элементах сети при трехфазных, двухфазных и однофазных КЗ показаны на эпюрах рис.9. Напряжения различных последовательностей, подводимые к устройствам релейной защиты, находятся путем алгебраического сложения напряжения в месте КЗ и соответствующего падения напряжения на линии до шин подстанции, где установлена защита. В соответствии с рис.9 можно записать:

а) при трехфазном КЗ

(1.11)

б) при двухфазном КЗ

(1.12)

(1.13)

в) при однофазном КЗ

(1.14)

(1.15)

или (1.16)







Рис.9. Эпюры напряжений составляющих отдельных

последовательностей при различных видах КЗ


1.3.6. Построение кривых спадания токов короткого замыкания

по линиям
Кривые спадания строятся для определения зоны действия, согласования защит и нахождения остаточных напряжений.

Построение кривых производится по токам, протекающим по линии, т.е. через трансформаторы тока (ТТ) защиты при перемещении точки КЗ в этой линии (КЗ в начале, середине и конце ее). Для линий с односторонним питанием первичный ток защиты равен полному току трехфазного (двухфазного) КЗ на линии. В сети сложной конфигурации определение первичного тока защиты несколько затруднено при КЗ в начале линии, непосредственно у шин подстанции. В этом случае ток защиты равен полному току КЗ на шинах за вычетом тока линии, для которой производится построение кривой (ток линии со стороны противоположной подстанции протекает только до точки КЗ и не попадает в ТТ защиты данной подстанции). При КЗ в середине и конце линии ток через ТТ защиты равен той части тока повреждения, которая протекает со стороны данной подстанции.

Принцип построения кривых токов КЗ по линиям показан на рис.10.



Рис.10. Пример построения кривых спадания токов КЗ по линиям

Построение выполнено для трансформаторов тока подстанции А и подстанции Б в сторону подстанции В.

На кривых спадания расчетные ординаты имеют обозначение точки КЗ и ветвей схемы замещения, которые определяют ток через указанные трансформаторы тока при повреждении в данной точке. Пунктиром показано построение кривых от подстанции В к подстанции А.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации