Расчет защит линии 110 кВ

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:

Т - турбогенератор;

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 U_баз=115кВ

Приложение 1

Сопротивление системы:

Сопротивление генераторов:

Сопротивление линий:

Сопротивление трансформаторов без учета регулирования напряжения

Сопротивление трансформаторов Т1,Т2 с учетом РПН

ТДТН–40000/110/10

U_ном.вн=115 кВ ±12% (±12 ступеней)

U_ном.нн=11 кВ

U_к.min=9.52%= U_к(–РО)

U_к.ном=10,5%

U_к.max=11.56%= U_к(+РО)

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

ТДТН–25000/110/10

U_ном.вн=115 кВ ±12% (±12 ступеней)

U_ном.нн=11 кВ

U_к(–РО)=9.99%

U_к.ном=10,5%

U_к(+РО)=11.86%

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)

Приложение 2

Сопротивление нулевой последовательности системы:

Сопротивление нулевой последовательности линии:

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

К_ЛЭП=2,0 для одноцепных линий с грозозащитным тросом

Сопротивление трансформаторов

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точках К₁,К₂,К₃ для выбора настройки МТЗ линии W₅.

Сворачиваем схему замещения прямой последовательности приведенной к точкам К3

Точка К1

Точка К2

X₂₁=X_рез=X₂₀+X₁₁=12,5+15=22,5 Ом

Точка К3

Нормальный режим:

X₂₂=X_рез=X₂₁+X_{12 сред}=22,5+55,5=78 Ом

Максимальный режим:

X₂₂=X_рез=X₂₁+X_{12 min}=22,5+74,4=96.9 Ом

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

1 ступень

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

К_отс=1,2÷1,3 – коэффициент отстройки

Принимаем:

n_тт=200/5

Выбираем реле РТ 140/50 с последовательным соединением обмоток.

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

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

2 ступень

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

К_отс=1,2÷1,3 – коэффициент отстройки

К_сз=2÷3 – коэффициент самозапуска электродвигателя

К_воз=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

Принимаем:

3 ступень

Ток срабатывания I_ср выбирается из условия обеспечения К_ч ≥ 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

I ступень

n_тт=200/5

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.

Принимаем

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

II ступень

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

Принимаем

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

III ступень

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

где:

К_отс=1,25 – коэффициент отстройки

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

К_нб=0,05÷1 – коэффициент небаланса

I⁽³⁾=852 (А) – расчетный ток КЗ

I_{ном.тр-ра}=125 (А)

К_нб=0,1

Принимаем

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