Максимальная токовая защита линии

Порядок расчета

1. Выбирается ток срабатывания защиты по трем расчетным условиям:

а) из условия обеспечения несрабатывания защиты при восстановлении питания после безтоковой паузы действием АПВ (АВР) на подстанции, расположенной ближе к источнику питания

I_СЗ ,

где K₀ =1,1…1,2 – коэффициент отстройки; K_В = 0,8…0,85 – коэффициент возврата реле; K_СЗП – коэффициент самозапуска (принимается из расчета МТЗ трансформатора); I_{раб maxW}=1,4 I_НТ – максимальный рабочий ток линии в послеаварийном режиме.

б) из условия обеспечения несрабатывания защиты при включении дополнительной нагрузки действием АВР на подстанции, получающей питание от защищаемой линии

I_{СЗ ,}

где I_рабmaxW1= I_рабmaxW2= 0,7 I_НТ; K_СЗП – коэффициент самозапуска нагрузки, подключенной к трансформатору Т2.

в) из условия согласования с МТЗ трансформатора

I_СЗ ,

где K_НС = 1,2…1,25 – коэффициент надежности согласования; I_СЗТ – ток срабатывания МТЗ трансформатора; I_рабmaxW = 0,7I_НТ .

В качестве тока срабатывания МТЗ линии принимается большее из трех полученных значений.

2. Определяется чувствительность МТЗ линии в основной и резервной зоне защиты

K_ЧО = ≥ 1,5;

K_ЧР = ≥ 1,2,

где – минимальный ток двухфазного короткого замыкания в конце линии; – минимальный ток трехфазного короткого замыкания за трансформатором (при двухфазном коротком замыкании за трансформатором с соединением обмоток Y/∆ в одной из фаз на стороне звезды проходит ток равный току трехфазного короткого замыкания, на который и будет реагировать защита).

3. Определяется время срабатывания защиты линии

,

где – время срабатывания второй ступени МТЗ трансформатора; = 0,3…0,6 с – ступень селективности.

Литература

1. Правила устройства электроустановок. – СПб.: Деан, 2009.

2. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 – 500 кВ. Выпуск 13А. Схемы. Выпуск 13Б. Расчеты. М.: Энергоатомиздат, 1985.

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2008. – 639 с.

4. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебн.пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981. – 328 с.

5. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М.-Л.: Энергоатомиздат. 1985. –296 с.

Задание к курсовому проекту по дисциплине "Релейная защита и автоматика СЭС"

G

Рассчитать параметры срабатывания про-

дольной дифференциальной защиты (реле РНТ-565

и ДЗТ-11), максимальной токовой защиты транс- Q₁

форматора Т₁, токовой отсечки без выдержки вре-

мени, комбинированной токовой отсечки и

максимальной токовой защиты воздушной W₁

линии W₁ для схемы электроснабжения ППЭ

промышленного предприятия.

Варианты задания представлены в таблице.

Общими для всех вариантов являются следую- QR₁

щие исходные данные:

– относительное сопротивление питающей системы: QN₁

в максимальном режиме работы X_*Gmax= 1,0

в минимальном режиме X_*Gmin= 1,3. T₁

– удельные сопротивления проводов линии W₁: АВР

r₀₁= 0,42 Ом/км; x₀₁= 0,4 Ом/км. Q₂ QB₁

– удельные сопротивления проводов линии W₂:

r₀₂= 0,21 Ом/км; x₀₂= 0,08 Ом/км. Q₃

– параметры нагрузки:

S_нагр.= 0,7 S_Т1Н; X_*нагр.= 0,35. W₂

Пример оформления пояснительной записки к курсовому

проекту приведен в Приложении 1. Q₄

Нагрузка

№ вар	Тип трансформатора Т1	UК%	№ вар.	Мощ- ность системы SGН, МВА	Длина линии W1 lW1, км	Кол-во х длина линий W2 lW2, км	Время срабатывания защиты W2 tСЗW2, c
Мин.	Макс.
	ТДН-10000/115/6,6	8,7	12,36				2 х 0,3	1,0
	ТДН-16000/115/6,6	9,8	11,71				3 х 0,5	1,6
	ТРДН-25000/115/6,3-6,3	9,84	11,72				3 х 0,4	1,2
	ТРДН-32000/115/10,5-10,5	9,77	11,58				4 х 1,0	1,4
	ТРДН-40000/115/10,5-10,5	9,59	11,46				5 х 0,8	1,3
	ТРДН-32000/230/10,5-10,5	11,6	12,7				5 х 0,9	1,8
	ТРДН-40000/230/10,5-10,5	11,6	12,7				6 х 1,2	1,1
	ТРДН-63000/230/10,5-10,5	11,6	12,7				6 х 1,1	1,3
	ТРДН-25000/115/10,5-10,5	9,84	11,72				3 х 1,5	1,5
	ТРДН-40000/115/6,3-6,3	9,59	11,46				4 х 0,7	0,9

Приложение 1.

Пример оформления курсового проекта

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Релейная защита и автоматика СЭС»

Вариант 80

Выполнил: студент гр.

Проверил:

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на проектирование..…………………………………………………………...3

1. Расчет токов короткого замыкания…….………………………………………...…4

2. Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора

на основе реле РНТ-565..…………………………………………………………….7

3. Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора

на основе реле ДЗТ-11……...………………………………………………………10

4. Расчёт максимальной токовой защиты трансформатора…..…………..……...…11

5. Расчёт максимальной токовой защиты трансформатора с пуском

по напряжению…..…....…………………………………………………………….14

6. Расчёт мгновенной токовой отсечки питающей линии……..…………….……...17

7. Расчёт комбинированной токовой отсечки питающей линии……….…………..17

8. Расчёт максимальной токовой защиты питающей линии…….……………….…18

Заключение….…………………………………………………………………………20

Приложение. Графическая часть проекта……….………………………………..….21

Литература…………….……………………………………………………………….25

ЗАДАНИЕ

к курсовому проекту по дисциплине «Релейная защита и автоматизация СЭС»

Рис.1.

Рассчитать параметры срабатывания продольной дифференциальной защиты (реле РНТ-565 и ДЗТ-11), максимальной токовой защиты трансформатора Т1, токовой отсечки без выдержки времени и максимальной токовой защиты воздушной линии W1для схемы электроснабжения ГПП промышленного предприятия (Рис.1).

Вариант задания 80

Тип трансформатора Т1: ТРДН-63000/230/10,5. U_к%мин=11,6%; U_к%макс=12,7%.

Мощность системы: S_GH= 2400 МВА. Длина воздушной линии W1: L_W1= 12 км.

Количество, длина кабельных линий W₂: L_W2= 4 x 0,7 км.

Время срабатывания защиты W₂: t_cзw2 = 0,9 с.

Общими для всех вариантов являются следующие исходные данные:

– относительное сопротивление питающей системы:

в максимальном режиме работы Х_{*G max}= 1,0

в минимальном режиме работы Х_{*G min}= 1,3

– удельные сопротивления проводов линии W₁: r₀₁=0,42 Ом/км; х₀₁=0,4 Ом/км.

– удельные сопротивления проводов линии W₂: r₀₂=0,21 Ом/км; х₀₂=0,08 Ом/км.

– параметры нагрузки: S_нагр= 0,7S_Т1Н; Х_*нагр=0,35.

1. Расчет токов короткого замыкания

Схема замещения СЭС для расчета токов короткого замыкания представлена на Рис.2.

1.1. Расчет параметров схемы замещения

Базисное напряжение:

U_б= U_ср.ВН= 230 кВ.

Сопротивление системы G: = 22,04 (Ом);

= 28,65 (Ом).

Сопротивление ВЛ W₁:

r_W1 = r_W01× l_W1 = 0,42 × 12 = 5,04 (Ом);

х_W2 = х_w01× l_W1 = 0,4 × 12 = 4,8 (Ом).

Сопротивление трансформатора Т₁:

;

Рис.2

= 75,43 (Ом);

= 128,02 (Ом);

Для трансформатора 220 кВ: DU_РПН% = 12%.

Сопротивление кабельной линии W₂:

r_W2 = = 17,63 (Ом); х_W2 = = 6,72 (Ом).

1.2. Расчет токов короткого замыкания в намеченных точках схемы

Определяем ток при металлическом 3-х фазном КЗ в точке К1 в максимальном и минимальном режимах работы СЭС:

= 6,02 (кА);

= 4,63 (кА).

Определяем ток металлического 3-х фазного КЗ в точке К2, в максимальном и минимальном режимах работы СЭС:

= 5,40 (кА);

= 4,26 (кА).

Определяем ток металлического 3-х фазного КЗ в точке К3, в максимальном и минимальном режимах работы СЭС:

= 4,86 (кА);

= 3,93 (кА).

Определяем минимальный ток 2-х фазного КЗ в точке К3:

= 3,40 (кА).

Вычисления максимально возможного тока КЗ производиться при наименьшем сопротивлении питающей системы в максимальном режиме работы (Х_Gmax) и минимальном сопротивлении трансформатора (Х_Т1min). Для практических расчетов токов КЗ за понижающим трансформатором, пользуются методом наложения аварийных токов на токи нагрузки трансформатора в пред аварийном режиме. В основу метода положено предположение о постоянстве номинального напряжения U_ном на сторонах СН и НН трансформатора, которое обеспечивается автоматикой РПН.

Таким образом:

= 1,240 (кА).

= 23,911 (кА).

Приведение к нерегулируемой стороне НН следует производить не по среднему коэффициенту трансформации, а по минимальному, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычисляется этот ток.

Вычисления минимального тока КЗ следует производить при наибольшем сопротивлении питающей системы в минимальном режиме ее работы (Х_Gmin) и наибольшем сопротивлении трансформатора (Х_Т1max).

Таким образом:

= 0,901 (кА);

= 21,615 (кА),

так, как U_max.ВН> U_max, то принимаем U_max= 252 кВ.

Определяем минимальный ток 2-х фазного КЗ для точки К4:

= 0,780 (кА);

= 18,719 (кА).

Такие же расчеты производим для точки К5.

= 1,141 (кА);

= 21,994 (кА);

= 0,857 (кА);

= 20,575 (кА).

Минимальный ток 2-х фазного КЗ для точки К5:

= 0,742 (кА);

= 17,819 (кА).

Все полученные значения токов короткого замыкания сводим в таблицу.

Таблица 1

Точка КЗ Ток КЗ	К1	К2	К3	К4	К5
, кА	6,02	5,40	4,86	1,240	1,141
23,911	21,994
, кА	4,63	4,26	3,93	0,901	0,857
21,615	20,575
, кА			3,40	0,780	0,742
18,719	17,819

2. Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты

трансформатора на основе реле РНТ-565

1. Определяем первичные токи на сторонах ВН и НН защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. Затем по этим первичным токам определяются вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации и коэффициентов схемы соединения вторичных обмоток ТТ:

Таблица 2

Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовые значения для сторон
ВН	НН
Первичный ток на сторонах защищаемого трансформатора, соответствующий его номинальной мощности (А)	Sн Iн = ———— √3 Uн.ср.	——— = 158,14 √3 230	——— = 3464,10 √3 10,5
Схема соединения ТТ (коэффициент схемы Ксх)	─	∆ (√3)	Y(1)
Коэффициент трансформации ТТ	Ксх Iн КI = ———	√3 158,14 КI = ——— = 54,78   принимаем (60)	3464,10 КI = ——— =692,82   принимаем (800)
Вторичный ток в плечах защиты (А)	Iн Ксх Iн2 = ——— КI	√3 158,14 Iн2 = ———— = 4,57	3464,10 Iн2 = ——— = 4,33

2. Максимальный первичный ток, проходящий через трансформатор при КЗ между тремя фазами на шинах НН (в точке К4):

I⁽³⁾_{max К4} = 1240,5 (A).

3. Вычисляем первичный ток не баланса без учёта составляющей I'''_НБ, т. к. пока неизвестно насколько точно будет подобрано число витков уравнительных обмоток:

I_{НБ расч.} = I'_{НБ расч} + I''_{НБ расч}

I_{НБ расч.} = K_a K_одн. ℇ I⁽³⁾_{max К4} = 124,05 (A);

I''_{НБ расч} = ∆U_* * I⁽³⁾_{max К4} = 148,86 (A);

I_{НБ расч.} = 124,05 +148,86 = 272,90(A).

4. Определяется предварительное без учёта I'''_НБ значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

I_СЗ= К_о I_{НБ расч} = 1,3*272,90 = 354,77 (А).

Определяем ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания:

Iсз= К_О I_НТ1 =1,3*158,14 = 205,59 (А),

К_О (коэффициент отстройки) принимается равным 1,3 при условии, что надёжность отстройки уточняется при первом (пятикратном) включении трансформатора под напряжение.

К дальнейшему расчёту принимаем большее значение тока срабатывания защиты Iсз= 354,77 (А).

5. Определяем предварительное значение коэффициента чувствительности защиты при повреждениях в зоне её действия. В соответствии с ПУЭ продольная дифференциальная защита трансформаторов должна иметь коэффициент чувствительности около двух. Допускается снижение коэффициента чувствительности до значения около 1,5 в тех случаях, когда обеспечение чувствительности около двух связано со значительным усложнением защиты или технически недостижимо:

I⁽²⁾ _К4min K⁽²⁾_сх

К_ч = —————— = 2,20 > 1,5.

I_СЗ K⁽³⁾_сх

Т.к. К_ч получился больше требуемого ПУЭ значения (в крайних случаях ─ 1,5), значит, расчёт можно продолжать.

6. Определяем число витков обмотки для основной стороны защиты с учётом того, что на коммутаторе реле РНТ-565 можно подобрать практически любое целое число витков. В данном случае, основной будет сторона 220 кВ, т.к. на этой стороне протекает больший вторичный ток:

F_СР 100

w_{осн.расч}. = ——— = ——— = 9,76

I_ср.осн 10,24

I_СЗ K_сх

I_ср.осн. = ———— = 10,24 (А).

К_I

Предварительно принимаем ближайшее меньшее целое число витков:

w_осн = w_{1 ур} = 9 витков.

7. Определяем число витков для не основной стороны защищаемого трансформатора:

I_осн.В

w_Iрасч. = w_осн ——— = 9,49 витков,

I_{I В}

где: I_оснВ и I_{I В} – вторичные токи в плечах защиты для основной и не основной стороны соответствующие номинальной мощности трансформатора.

Предварительно принимаем ближайшее целое число витков:

w_I = w_{2 ур} = 9 витков.

8. Для уточнения числа витков w_осн и w_I найдём ток не баланса компенсации:

w_Iрасч. ─ w_I

I'''_{НБ расч.} = ————— I⁽³⁾_{max К4} = 63,88 (A),

w_Iрасч.

I_{НБ расч.} = 272,90 + 63,88 = 336,78 (А).

Находим ток срабатывания защиты на основной стороне:

F_ср К_I

I_СЗ = ———— = 384,90 (А).

w_осн К_сх

9. Окончательное значение коэффициента отстройки защиты:

I_сз 384,90

К_о = ——— = ———— = 1,143 < 1,3.

I_{НБ расч.} 336,78

Так как К_о <1,3 значит, для основной стороны w_осн число витков вместо принятых 9 принимаем 8 и повторяем расчёт:

4,57

w_Iрасч. = 8 * ——— = 8,43 витков,

4,33

w_I = w_{2 ур} = 8 витков,

8,43 ─ 8

I'''_{НБ расч.} = ———— * 1240,5 = 63,88 (А),

8,43

I_{НБ расч.} = 272,90 + 63,88 = 336,78 (А).

F_СЗ К_I

I_СЗ = ———— = 433,01 (А).

w_осн К_сх

К_о = 433,01/ 336,78 = 1,286 < 1,3 ─ условие не выполнено.

Так как К_о <1,3 значит, для основной стороны w_осн число витков вместо принятых 8 принимаем 7 и повторяем расчёт:

4,57

w_Iрасч. = 7 * ——— = 7,38 витков,

4,33

w_I = w_{2 ур} = 7 витков,

7,38 ─ 7

I'''_{НБ расч.} = ———— * 1240,5 = 63,88 (А),

7,38

I_{НБ расч.} = 272,90 + 63,88 = 336,78 (А).

F_СЗ К_I

I_СЗ = ———— = 494,87 (А).

w_осн К_сх

К_о = 494,87/ 336,78 = 1,469 > 1,3 ─ условие выполнено.

Так как К_о >1,3, то окончательно принимаем: w_осн = 7; w_I =7.

10. Определяем значение коэффициента чувствительности для тока срабатывания защиты, соответствующего окончательному расчёту:

779,95

K_Ч = ————— = 1,58 > 1,5

433,01

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ ( K_Ч > 1,5 ).

3. Расчёт продольной дифференциальной токовой защиты трансформатора на основе реле ДЗТ-11

1. Определяем первичные токи на сторонах ВН и НН защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. Затем по этим первичным токам определяются вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации и коэффициентов схемы соединения вторичных обмоток ТТ

(таблица 2).

2. Максимальный первичный ток, проходящий через трансформатор при КЗ между тремя фазами на шинах НН (в точке К4):

I⁽³⁾_{max К4} = 1240,5 (A).

Тормозная обмотка подключается со стороны противоположной питающей т.е. к стороне НН.

3. Вычисляем первичный ток небаланса без учёта составляющей I'''_НБ:

I_{НБ расч.} = 272,90 (А) – см. п.3. расчета защиты на основе реле РНТ-565.

4. Определяем минимальный ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания:

I_СЗ = К_о I_НТ = 1,5 *158,14 = 237,22 (А).

5. Выбираем число витков рабочей обмотки НТТ для основной стороны:

F_ср

w_{осн.расч.} = ——— = 14,60 ;

I_СРосн

I_СЗ К_сх

I_СРосн = ———— = 6,85 (А).

К_I

Принимаем ближайшее меньшее целое w_осн. = w_ур2 = 14 витков.

При пересчёте ток срабатывания защит будет равен:

F_СР К_I

I_СЗ = ———— = 247,44 (А).

w_осн К_сх

6. Выбираем число витков для не основной стороны:

I_осн.В

w_Iрасч = w_осн. ——— = 14,76 витков.

I_IВ

Принимаем ближайшее целое w_I = w_1ур = 15 витков.

7. Проверка равенства магнитодвижущих сил в плечах защиты:

w_оснI_осн.В = w_IрасчI_IВ

63,91 _» 64,95

8. Определяем первичный ток небаланса:

w_Iрасч ─ w_I

I_{НБ расч.} = K_aпер K_одн. ℇ + ∆U_* + ———— I⁽³⁾_{max К4} = 293,06 (А).

w_Iрасч

9. Находим число витков тормозной обмотки:

К_о I_{НБ расч.} w_раб 1,5 *293,06 * 14,76

w_Т = ———————— = ————————— = 6,97 витков,

I_торм tgα 1240,5 * 0,75

где: w_раб – число витков рабочей обмотки НТТ реле к которой присоединена тормозная обмотка (w_ур1).

Принимаем ближайшее целое число витков тормозной обмотки из стандартного ряда:

w_Т = 7 витков.

10. Определяем чувствительность защиты при КЗ в защищаемой зоне, когда торможение отсутствует:

I⁽²⁾ _К4min K⁽³⁾_сх 779,95

К_Ч = ———————— = ————— = 3,15 > 2.

I_СЗ K⁽³⁾_сх 247,44

Чувствительность защиты удовлетворяет требованиям ПУЭ. Полученная чувствительность соответствует крайнему положению устройства РПН, поэтому во всех других режимах К_Ч будет выше.

4. Расчёт максимальной токовой защиты трансформатора

1. Выбираем ток срабатывания МТЗ, установленной на секционном выключателе QB1. Максимальный рабочий ток через выключатель QB1 может быть в худшем случае равным максимальному рабочему току любого из двух трансформаторов подстанции. В свою очередь для каждого из трансформаторов I_раб.max при введении АВР не должен быть более 0,65….0,7I_нт.

Ток срабатывания защиты на выключателе QB1определяем по формуле:

K_о K_СЗП

I_СЗQB1 = ———— I_раб.max,

K_В

где К_o - коэффициент отстройки, учитывающий погрешности реле и необходимый запас: для РТ-40, РТ-80 принимается равным 1,1… 1,2.

К_В - коэффициент возврата реле: для РТ-40, РТ-80 принимается равным 0,8…0,85.

К_СЗП - коэффициент самозапуска электродвигателей нагрузки.

Приближенный расчет самозапуска электродвигателей.

0,7 S_н.т 0,7 * 63000

I_{раб max} = ———— = —————— = 2424,87 (А).

√3 U_срН √3 * 10,5

Сопротивление нагрузки в именованных единицах:

Х_*нагр U_срН 0,35 * 10,5*10³

Х_нагр = —————— = —————— = 0,88 (Ом)

√3 I_раб.max √3 * 2424,87

Ток самозапуска находим как ток трёхфазного КЗ за эквивалентным сопротивлением, приведённым к ступени низкого напряжения:

U_срН 2

Z_Э = (jХ_Gmax + R_W1 +jX_W1 + jX_Tmin) ——— + jХ_нагр = 0,011 + j 1,09 (Ом).

U_срВ

U_срН 10,5 _*10³

Ток самозапуска: I_СЗП = ——— = ——————————— = 5570,86 (А).

√3 Z_Э √3 * √(0,011)² + (1,09)²

Коэффициент самозапуска: I_СЗП

К_СЗП = ——— = 2,30

I_раб.max

Минимальное остаточное напряжение на шинах подстанции в начале самозапуска:

U_min = √3 I_СЗП Х_нагр = √3 *5570,86*0,88 = 8442,88 (В)

U_min

или в относительных величинах: U_*min = ——— = 0,84 > (0,55…0,7) U_Н,

U_н

т.е. самозапуск возможен.

Ток срабатывания МТЗ, установленной на секционном выключателе QB1:

K_о K_СЗП 1,1*2,30

I_СЗQB1 = ———— I_раб.max = ———— * 2424,87 = 7209,34 (А).

K_В 0,85

Определяем коэффициент чувствительности:

I⁽²⁾ _{К4 min} 18718,80

К_ч = ————— = ———— = 2,60 > 1,5 ─ соответствует требованиям ПУЭ.

I_СЗQB1 7209,34

Время срабатывания МТЗ на QB1: t_СЗQB1 = t_СЗW2 + Δt = 0,9 + 0,4 = 1,3 (С).

2. Определяем ток срабатывания МТЗ трансформатора, установленной на стороне высокого напряжения. В качестве тока срабатывания примем наибольшее значение, найденное по следующим расчётным условиям.

1) По условию отстройки от самозапуска ЭД нагрузки:

K_о K_СЗП 1,1*1,92

I_СЗ = ———— I_раб.max = ———— * 221,40 = 550,38 (А),

K_В 0,85

где I_раб.max = 1,3…1,4 Iнт = 221,40 (А).

Приближенный расчет самозапуска электродвигателей.

Сопротивление нагрузки в именованных единицах:

Х_*нагр U_срВ 0,35 230 *10³

Х_нагр = —————— = —————— = 209,92 (Ом).

√ 3 I_раб.max √ 3 * 221,40

Ток самозапуска находим как ток трёхфазного КЗ за эквивалентным сопротивлением

Z_Э = jХ_Gmax + R_W1 +jX_W1 + jX_Tmin + jХ_нагр = 5,04 + j 312,19 (Ом).

U_срВ 230 _* 10³

Ток самозапуска: I_СЗП = ——— = ——————————— = 425,29 (А).

√3 Z_Э √3 * √(5,04 )² + (312,19)²

Коэффициент самозапуска:

I_СЗП 425,29

К_СЗП = ——— = ——— = 1,92 .

I_раб.max 221,40

Минимальное остаточное напряжение на шинах подстанции в начале самозапуска:

U_срН

U_min = √3 I_СЗП Х_нагр ——— = 7059,39 (В)

U_срВ

U_min

или в относительных величинах: U_*min = ——— = 0,71 > (0,55…0,7) U_Н,

U_н

т.е. самозапуск возможен.

K_о Kсзп

I_СЗ = ————— I_раб.max = 550,38 (А).

K_В

2) По условию отстройки от тока перегрузки при действии устройства АВР трансформатора (установленного на QB1), в результате чего к работающему под нагрузкой трансформатору подключается заторможенная нагрузка отключившегося трансформатора:

K_о 1,1

I_СЗ = —— (K_СЗП I_{раб.max Т2} + I_{раб.max Т1}) = —— (2,30 *0,7*158,14 + 0,7*158,14 ) = 401,52 (А).

K_В 0,85

3) По условию согласования с защитой на секционном выключателе QB1:

U_срН 10,5

I_СЗ = К_НС (Iсз_QB1 + I_{раб.max Т1}) ——— = 1,2 ( 7209,34 + 0,7 *3464,10 ) —— = 527,79 (А),

U_срВ 230

где К_НС – коэффициент надежности согласования, который принимается равным 1,2….1,25.

К дальнейшему расчёту принимаем наибольший I_СЗ = 550,38 (А).

3. Определяем ток срабатывания реле: I_СР = Iсз К_сх / К_I = 550,38* √3/ 60 =15,89 (А).

4. Для определения чувствительности в основной и резервной зонах защиты находим минимальные токи в реле при двухфазном КЗ:

на шинах НН трансформатора

К_сх I⁽²⁾ _{К4 min} √3 *779,95

I_minРО = —————— = ————— = 22,52 (А),

К_I 60

в конце кабельной линии W2

К_сх I⁽²⁾ _{К5 min} √3 * 742,45

I_minРР = —————— = ———— = 21,43 (А).

К_I 60

5. Определяем коэффициенты чувствительности в основной и резервной зонах защиты:

I_minРО 22,52

К_Чосн = ——— = ——— = 1,417 < 1,5;

I_СР 15,89

I_minРР 21,43

К_ЧРЕЗ = ——— = ——— = 1,349 > 1,2.

I_СР 15,89

Таким образом, коэффициент чувствительности в основной зоне защиты не удовлетворяет требованиям ПУЭ.

5. Расчёт максимальной токовой защиты трансформатора с пуском по напряжению

1. Выбираем ток срабатывания защиты из значений, полученных по 3 расчетным условиям:

К_о 1,1*1

1) I_СЗ = —— I_раб.max = ——— 221,40 = 286,52 (А);

К_В 0,85

2) I_СЗ = К_о( I_{раб.max Т2} + I_{раб.max Т1}) = 1,1( 0,7 *158,14 + 0,7 *158,14 ) = 243,54 (А).

U_срН 10,5

3) I_СЗ = К_НС (Iсз_QB1 + I_{раб.max Т1}) ——— = 1,2 (7209,34 + 0,7*3464,10) ——— = 527,79 (А).

U_срВ 230

К дальнейшему расчёту, принимаем большее значение I_СЗ = 527,79 (А).

2. Определяем ток срабатывания реле:

I_СЗ К_сх 527,79 * √3

I_СР = ———— = ————— = 15,24 (А).

К_I 60

3. Определяем коэффициенты чувствительности в основной и резервной зоне защиты:

I_minРО 22,52

К_Чосн = ——— = ——— = 1,48 < 1,5;

I_СР 15,24

I_minРР 21,43

К_ЧРЕЗ = ——— = ——— = 1,41 > 1,2.

I_СР 15,24

Таким образом, коэффициент чувствительности в основной зоне защиты не удовлетворяет требованиям ПУЭ.

Для повышения чувствительности МТЗ трансформатора устанавливаем на секционном выключателе QB1 МТЗ с пуском по напряжению. Тогда ток срабатывания этой защиты принимается равным

K_о K_СЗП 1,1

I_СЗQB1 = ———— I_раб.max = —— *110,70 = 143,26 (А).

K_В 0,85

Ток срабатывания МТЗ трансформатора по 3 условию

I_СЗ = 1,2 (143,26 + 0,7*158,14) = 304,75(А).

К дальнейшему расчету принимаем I_СЗ = 304,75 (А).

Ток срабатывания реле в этом случае

I_СЗ К_сх 304,75 * √3

I_СР = ———— = ————— = 8,80 (А).

К_I 60

Коэффициенты чувствительности в основной и резервной зоне защиты:

I_minРО 22,52

К_Чосн = ——— = ——— = 2,56 > 1,5;

I_СР 8,80

I_minРР 21,43

К_ЧРЕЗ = ——— = ——— = 2,44> 1,2.

I_СР 8,80

Таким образом, коэффициенты чувствительности в основной и резервной зоне защиты удовлетворяют требованиям ПУЭ.

4. Определяем напряжения срабатывания для комбинированного пускового органа напряжения.

1) Напряжение срабатывания минимального реле напряжения:

U_min* U_н 0,71 *10000

U_СЗ = ^{_______________} = ^{__________________} = 4902,35 (В).

К_о К_В 1,2 * 1,2

Напряжение срабатывания реле:

U_СЗ 4902,35

U_СР = ^______ = ^{_______________} = 49,02 (В).

К_U 10000 /100

2) Напряжение срабатывания фильтра-реле напряжения обратной последовательности выбирается из условия обеспечения отстройки от напряжения небаланса фильтра в нормальном режиме:

U_2СР = 0,06 U_ном = 0,06 * 100 = 6 (В).

Полученное напряжение U_{2 СР} соответствует минимальной уставке реле РНФ – 1М с пределами шкалы от 6 до 12 В.

5. Определяем коэффициенты чувствительности для комбинированного пускового органа напряжения в резервной зоне.

Находим междуфазное напряжение в месте установки трансформатора напряжения от которого питается реле при трёхфазном КЗ в расчётной точке К5, когда указанное напряжение имеет максимальное значение:

__ _________________

U_{ост max} = Ö3 I⁽³⁾_{К5 max} Ö R² _W2+ X² _W2 =1498,13 (В).

Коэффициент чувствительности для минимального реле напряжения в зоне резервирования

U_СЗ К_В 4902,35* 1,2

К_ЧU = ^{_____________} = ^{__________________} = 3,93 >1,2.

U_{ост max} 1498,13

Находим междуфазное напряжение обратной последовательности в месте установки трансформатора напряжения, при КЗ между двумя фазами в расчётной точке К5 в режиме, при котором это напряжение минимально:

__ ___________________

U_{2 min} =U_Н/2 - Ö3 I⁽²⁾_{К5 min} Ö R² _2W2+ X² _2W2 = 3786,27 (В).

Коэффициент чувствительности для фильтра реле-напряжения обратной последовательности в резервной зоне

U_{2 min} 3786,27

К_Ч2U = ^_________ = ^{_______________________} = 6,31 > 1,2.

U_2CР 6* 10000/100

6. Определяем время срабатывания МТЗ. Для первой ступени МТЗ трансформатора, действующей на отключение вводного выключателя НН время срабатывания выбирается на ступень селективности больше чем время срабатывания МТЗ установленной на секционном выключателе QB:

t’_СЗТ1 = t_СЗQB1 + Dt = 1,3 + 0,5 = 1,8 (С).

Для второй ступени, действующей на включение короткозамыкателя:

t’’_СЗТ1 = t’_СЗТ1+ Dt = 1,8 + 0,4 = 2,2 (С).

Обе выдержки времени могут быть выполнены одним реле времени типа РВМ с импульсными и замыкающими контактами.

6. Расчёт мгновенной токовой отсечки питающей линии

1. Ток срабатывания токовой отсечки выбираем из условия отстройки от максимального тока 3-х фазного КЗ за трансформатором Т1:

I_СО = К_о I⁽³⁾ _{К4 max} = 1,2 * 1240,46 = 1488,56 (А).

Проверяем ток срабатывания по условию отстройки от броска намагничивающего тока трансформатора:

I_СО = 4I_НТ1 = 4 * 158,14 = 632,58 (А).

К дальнейшему расчёту принимаем больший ток I_СО = 1488,56 (А).

2. Проверяем чувствительность токовой отсечки при двухфазном КЗ в минимальном режиме в конце линии:

I⁽²⁾ _{К3 min} 3399,18

К_ЧО = ————— = ———— = 2,28 > 1,5.

I_СО 1488,56

3. Определяем зону действия отсечки в минимальном и максимальном режимах работы СЭС ( приложение, рис. 1).

4. Время срабатывания токовой отсечки принимаем равным: t_СОК = 0,1(с).

7. Расчёт комбинированной токовой отсечки питающей линии

В случае недостаточной чувствительности мгновенной токовой отсечки, ее дополняют пусковым минимальным органом напряжения - так называемая комбинированная токовая отсечка по току и напряжению.

1. Ток срабатывания комбинированной отсечки (I_СОК) выбирается из следующих условий.

1) обеспечения достаточной чувствительности при 2-х фазном КЗ в

конце защищаемой линии:

=2266,12 (А),

2) ток срабатывания отсечки должен удовлетворять условию надежной отстройки от токов самозапуска в режиме АПВ питающей линии в случае неисправности в цепях напряжения:

=510,35 (А),

где I_раб.max =(1,3…1,4 )I_НТ .

К дальнейшему расчету принимаем большую величину I_СОК= 2266,12 (А).

2. Напряжение срабатывания выбирается из следующих расчетных условий.

1) условия отстройки от остаточного напряжения в месте установки защиты при КЗ за трансформатором и при прохождении по линии тока, равного току срабатывания отсечки:

= 262935,41 (В).

2) напряжение срабатывания отсечки должно находиться в пределах U_СОК= (0,15…0,65)U_Н. Нижний предел определяется минимальной уставкой стандартных реле напряжения (РН). Верхний предел определяется необходимостью отстройки от возможных снижений напряжения в сети:

= 137500,00 (В).

3. Определяем коэффициент чувствительности комбинированной отсечки по напряжению:

=2,35 > 1,5,

где U_ОСТ - остаточное напряжение в месте установки отсечки:

= 58614,30 (В).

В данном случае комбинированная отсечка эффективна, т.к. чувствительность защиты по напряжению удовлетворяет требованию ПУЭ.

8. Расчёт максимальной токовой защиты питающей линии

1. Определяем ток срабатывания МТЗ питающей линии. В качестве тока срабатывания примем наибольшее значение, найденное по следующим расчётным условиям.

1) По условию обеспечения несрабатывания РЗ при восстановлении питания после безтоковой паузы действием АПВ питающей линии или АВР на подстанции, расположенной ближе к источнику питания:

K_о K_СЗП 1,2*1,92

I_СЗ = ———— I_раб.max = ———— *221,40 = 600,42 (А),

K_В 0,85

где I_раб.max = 1,3…1,4 Iнт = 221,40 (А).

2) По условию несрабатывания РЗ при включении дополнительной нагрузки действием устройства АВР на подстанции, получающей питание от защищаемой линии:

I_СЗ = K_о (K_СЗП I_{раб.max W2} + I_{раб.max W1}) = 1,2 (2,30*0,7*158,14 + 0,7*158,14) = 438,03 (А).

3) По условию согласования с МТЗ трансформатора Т1:

I_СЗ = К_НС (Iсз_Т1 + I_раб.maxW1) = 1,2 (304,75 +0,7 *158,14 ) = 498,54 (А),

где К_НС – коэффициент надежности согласования, который принимается равным 1,2….1,25.

К дальнейшему расчёту принимаем наибольший I_СЗ = 600,42 (А).

2. Определяем коэффициент чувствительности защиты в основной и резервной зоне:

I⁽²⁾ _{К3 min} 3399,18

К_ЧОСН = ————— = ———— = 5,66 > 1,5;

I_СЗ 600,42

I⁽³⁾ _{К4 min} 900,61

К_ЧРЕЗ = ————— = ———— = 1,50 > 1,2.

I_СЗ 600,42

Таким образом, МТЗ питающей линии удовлетворяет требованиям чувствительности в основной и резервной зоне защиты.

3. Определяем время срабатывания МТЗ питающей линии, которое выбирается на ступень селективности больше чем время срабатывания второй ступени МТЗ трансформатора Т1:

t_СЗW1 = t’’_СЗТ1 + Dt =2,2 + 0,4 = 2,6 (С).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе проектирования получены следующие основные результаты.

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора на основе реле РНТ-565: w_осн = 7; w_I = 7.

I_СЗ = 384,90 (А); K_Ч =1,58.

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора на основе реле ДЗТ-11: w_осн. = 14; w_I = 15; w_Т =7.

I_СЗ = 247,44 (А); К_Ч = 3,15.

Максимальная токовая защита трансформатора:

I_СЗ = 550,38 (А); t’_СЗТ1 = 1,8 (С); t’’_СЗТ1 = 2,2 (С);

К_Чосн = 1,417; К_ЧРЕЗ = 1,349;

Максимальная токовая защита трансформатора с пуском по напряжению:

I_СЗ = 304,75 (А); t’_СЗТ1 = 1,8 (С); t’’_СЗТ1 = 2,2 (С);

К_Чосн =2,56; К_ЧРЕЗ =2,44;

U_СЗ = 4902,35 (В); U_2СЗ =600 (В);

К_ЧU =3,93; К_Ч2U =6,31.

Мгновенная токовая отсечка питающей линии: I_СО= 1488,56 (А); К_ЧО= 2,28.

Комбинированная токовая отсечка питающей линии:

I_СОК= 2266,12 (А); U_СЗОК =137500,00 (В);

К_ЧUО=2,35.

Максимальная токовая защита питающей линии: I_СЗ = 600,42 (А); t_СЗW1 = 2,6 (С);

К_Чосн = 5,66; К_ЧРЕЗ = 1,50.

Таким образом, принимаются следующие технические решения.

Защита трансформатора Т1: продольная дифференциальная токовая защита на основе реле ДЗТ-11 и максимальная токовая защита с пуском по напряжению.

Защита питающей линии W1: мгновенная токовая отсечка и максимальная токовая защита.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Графическая часть проекта

Рис. 1. Зона действия мгновенной токовой отсечки питающей линии 12 км

Рис. 2. Характеристики срабатывания токовых защит (карта селективности)

Рис. 3. Принципиальная схема релейной защиты трансформатора.

Цепи переменного тока

Рис. 4. Принципиальная схема релейной защиты трансформатора.

Цепи постоянного оперативного тока

Рис. 5. Принципиальная схема релейной защиты питающей линии.

Цепи переменного тока

Рис. 6. Принципиальная схема релейной защиты питающей линии.

Цепи постоянного оперативного тока

ЛИТЕРАТУРА

ОСНАВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев В.А «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения».

Москва. «Высшая школа». 2008г.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Федосеев А.М. Федосеев М.А «Релейная защита электроэнергетических систем». Москва. «Энергоатомиздат». 1992г.

2. Беркович М.А . Гладышев В.А. Семенов В.А «Автоматика энергосистем»

Москва. «Энергоатомиздат». 1991г.

3. Шабад М.А «Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей». Ленинград. «Энергия». 1976г.

4. Шабад М.А « Защита трансформаторов распределительных сетей». Ленинград. «Энергоиздат». 1981г.