5. Расчет уставок рз

748. В качестве примера приведены расчеты уставок РЗ по одному типу на каждый участок. Для КЛ 110кВ приведен расчет токовой отсечки без выдержки времени, для трансформатора – дифференциальной токовой защиты и токовой защиты нулевой последовательности, для шин ЗРУ-35кВ – максимальной токовой защиты, а для отходящей линии – токовой защиты от перегрузок.

1. Токовая отсечка без выдержки времени КЛ 110 кВ

752. Ток срабатывания токовой отсечки выбирается больше максимального тока внешнего к.з. I_к.вн.max при к.з. на шинах подстанции:

753. 

754. где – коэффициент отстройки, учитывающий возможную апериодическую составляющую в токе, неточность расчетов при КЗ, погрешности трансформатора тока и измерительного органа защиты;

755. - периодическая составляющая тока внешнего короткого замыкания на шинах РУ-35 кВ в максимальном режиме (с учётом коэффициента трансформации).

756. Ток срабатывания реле рассчитываем по следующей формуле:

757. 

758. где k_сх – коэффициент схемы при соединении трансформаторов тока по схеме полной звезды,

759. k_тт – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

760. Таким образом принимаем I_с.з. = 8000 А, I_с.р. = 27 А. Коэффициент чувствительности равен:

761. .

1. ДЗТ без выдержки времени

763. Основной защитой трансформатора является продольная дифференциальная защита. Дифференциальный ток срабатывания определяется по условию отстройки от тока небаланса, который рассчитывается по выражению:

764. ,

765. где - составляющая, обусловленная погрешностью ТТ;

766. - составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

767. - составляющая, обусловленная неточностью установки расчетных чисел витков уравнительных обмоток.

768. Составляющая , обусловленная погрешностью ТТ, определяется по следующей формуле:

769. 

770. где - коэффициент апериодической составляющей, учитывающий переходный режим;

771. - коэффициент однотипности, учитывающий количество выключателей на всех сторонах защищаемого трансформатора;

772. - относительное значение тока намагничивания при выборе ТТ по кривым предельных кратностей.

773. Составляющая , обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора, определяется по следующей формуле:

774. 

775. где - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора (рекомендуется принимать равным половине суммарного полного диапазона регулирования напряжения на соответствующей стороне трансформатора);

776. - периодическая составляющая токов, проходящих при расчетном внешнем КЗ на стороне, где производится РПН.

777. Составляющая , обусловленная неточностью установки расчетных чисел витков уравнительных обмоток, учитывается только при расчете уточненного тока срабатывания, после выбора чисел витков обмотки насыщающихся ТТ.

778. Ток небаланса равен:

779. 

780. _{Первым условием выбора тока срабатывания защиты является отстройка от полученного тока небаланса:}

781. 

782. _где - коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас.

783. _{Вторым условием выбора первичного тока срабатывания защиты является отстройка от бросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение:}

784. 

785. где - коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания.

786. Таким образом принимаем ток срабатывания защиты равным:

787. 

788. Ток срабатывания реле равен:

789. 

790. Аналогично определяя ток срабатывания на стороне НН, получаем:

791. 

792. 

793. Произведем проверку чувствительности защиты при повреждении в зоне её действия. Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты равен:

794. 

795. 

796. Коэффициент чувствительности удовлетворяет условию .

798. Базисный ток стороны ВН рассчитывается по выражению:

799. 

800. где  – номинальный ток ВН трансформатора;

801. – коэффициент трансформации ТТ соответствующей стороны;

802.  – коэффициент учитывающий схему соединения ТТ (при соединении в «треугольник», , а при соединении в «звезду» - );

803.  – коэффициент трансформации внешнего выравнивающего трансформатора, используемого для выравнивания значения базисного тока соответствующей стороны, если он выходит за пределы диапазона 0,251 – 16,000 А (при начальном расчете базисного тока принимается ).

804. Таким образом получаем:

805. 

806. 

809. Уставка тока начала торможения ДТЗ I_Т.0, т.е. начало второго (наклонного) участка характеристики, принимается:

810. I_Т.0 = 1,

811. где I_Т.0 = 0,6 – для пускорезервных трансформаторов и трансформаторов (автотрансформаторов), на которых возможно несинхронное АВР НН;

812. I_Т.0 = 1 – во всех остальных случаях.

813. Уставка задается в относительных единицах от базисного тока защищаемого объекта в диапазоне от 0,60 до 1,0 от I_баз с шагом 0,01.

814. Таким образом получаем:

815. 

816. 

818. Ток торможения блокировки I_Т.БЛ определяет переключение характеристики срабатывания ДТЗ с наклонного участка на вертикальный:

• если I'₁ ≥ I_Т.БЛ и I'₂ ≥ I_Т.БЛ – ДТЗ блокируется;

• если I'₁ < I_Т.БЛ или I'₂ < I_Т.БЛ – наклон характеристики срабатывания ДТЗ определяется коэффициентом торможения.

819. Ток торможения блокировки I_Т.БЛ определяется исходя из отстройки от максимально возможного сквозного тока нагрузки трансформатора. Своего наибольшего значения сквозной ток нагрузки достигает при действии АВР секционного выключателя и может быть равным:

820. 

821. где  – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,1;

822.  – коэффициент определяющий предельную нагрузочную способность трансформатора в зависимости от его мощности, принимается из диапазона :  – для трансформаторов большой мощности;

823.  – для трансформаторов средней мощности;

824.  – для распределительных трансформаторов.

826. Таким образом получаем:

827. 

828. 

830. Коэффициент торможения влияет на устойчивость ДТЗ при внешних КЗ. Под коэффициентом торможения понимается отношение приращения дифференциального тока (Iд) к приращению тормозного тока (Iт). С помощью правильного выбора коэффициента торможения обеспечивается несрабатывание ДТЗ в диапазоне значений тормозного тока от до .

831. Значение уставки рекомендуется рассчитывать по выражению:

832. ,

833. где  – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,1;

834.  – расчетный дифференциальный ток, вызванный протеканием по защищаемому трансформатору сквозного тока и рассчитываемый по формуле:

835. 

836.  – максимальное значение тока, равное току внешнего металлического КЗ, приведенное к базисному току стороны внешнего КЗ, определяемый по формуле:

837. 

838. 

839.  – расчетный тормозной ток, определяемый по формуле:

840. ,

841. где  = 180-, а  – угол между векторами токов и () (в проектных расчетах принимается =10 ÷ 20).

842. Таким образом получаем:

843. 

844. 

845. Аналогично проводим расчет тормозной характеристики для стороны НН трансформатора. Получаем:

846. 

847. 

848. 

849. 

1. МТЗ шин

868. Отстройка МТЗ осуществляется от максимально допустимого рабочего тока шины. Ток срабатывания релейной защиты определяется по формуле:

869. ,

870. где k_отс = 1,2 – коэффициент отсройки.

871. Ток срабатывания реле определяется исходя из коэффициента трансформации по следующей формуле:

872. ,

873. где k_сх = 1 – коэффициент схемы,

874. k_тт = 600 – коэффициент трансформации ТТ.

875. Принимаем I_с.з. = 3879 А, I_с.р. = 6,46 А.

876. В связи с тем, что МТЗ является резервной для защиты шин, то выдержка времени принимается самой большой (соответствует наиболее медленному срабатыванию), т. е. t_с.з. = 2,5 с.

877. Коэффициент чувствительности защиты должен быть более 1,2 при КЗ в месте установки отсечки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме (трехфазном короткого замыкания в конце защищаемой линии в минимальном режиме):

878. .

1. Токовая защита нулевой последовательности трансформатора

889. Токовая защита нулевой последовательности на стороне ВН в качестве расчетного использует утроенный ток нулевой последовательности 3I₀, полученный суммированием фазных токов стороны ВН или измерением тока в нулевом проводе защищаемого трансформатора.

890. Первичный ток срабатывания ТЗНП выбирается исходя из условий:

1. отстройка от тока небаланса нулевой последовательности при КЗ между тремя фазами на стороне НН защищаемого трансформатора по выражению:

891. ,

892. где  – коэффициент отстройки;

893.  – ток небаланса нулевой последовательности в установившемся режиме при рассматриваемом внешнем КЗ между тремя фазами и рассчитываемый по формуле:

894. 

895. где  – коэффициент небаланса, который в зависимости от кратности тока принимается равным:

896. - 0,05, если кратность не более 2 ÷ 3 по отношению к первичному току трансформаторов тока;

897. - 0,05 ÷ 0,10, при больших кратностях (но не превышающих 0,7 ÷ 0,8 по отношению к предельной кратности первичного тока трансформаторов тока);

898.  – первичный ток в месте установки защиты в установившемся режиме при рассматриваемом внешнем КЗ между тремя фазами.

899. Таким образом получаем:

900. 

901. 

2. отстройка от тока небаланса нулевой последовательности в послеаварийном нагрузочном режиме по выражению:

903. ,

904. где  – коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,25;

905.  – коэффициент возврата, который принимается равным:

906. 0,9 – для максимальных реле тока и напряжения;

907. 1,1 – для минимальных реле тока и напряжения

908. 0,6 – для ДТЗ;

909.  – первичный ток нулевой последовательности, обусловленный несимметрией в системе;

910.  – первичный ток нулевой последовательности в послеаварийном нагрузочном режиме, рассчитываемый по формуле:

911. 

912. где  – первичный ток в месте установки защиты в послеаварийном нагрузочном режиме.

913. Таким образом получаем:

914. 

915. 

916. Значение уставки ИО тока нулевой последовательности принимается равным наибольшему значению из рассчитанных выше. Таким образом принимаем:

917. 

923. Чувствительность ИО тока нулевой последовательности ТЗНП проверяют по выражению:

924. 

925. где  – минимальный ток нулевой последовательности при однофазном КЗ на выводах трансформатора;

926.  – принятое значение уставки ИО тока нулевой последовательности.

927. 

928. Согласно ПУЭ при оценке чувствительности резервных защит наименьшие коэффициенты чувствительности должны быть для органов тока, напряжения – 1,2.

930. Выдержка времени выбирается по условиям согласования с последними, наиболее чувствительными ступенями защит от замыканий на землю смежных элементов. Расчет может быть выполнен по выражению:

931. ,

932. где  – время срабатывания наиболее чувствительных ступеней смежных защит, с которыми производится согласование;

933.  –ступень селективности (по рекомендациям при использовании в сети только цифровых реле можно принимать ступень селективности 0,150,2 сек).

934. Таким образом принимаем:

935. 

1. Токовая защита от перегрузки

944. Защита от перегрузки КЛ к АПК предназначена для защиты печных трансформаторов от повышенных значений токов продолжительного режима работы. Поэтому ток срабатывания защиты от перегрузки рассчитываем по следующей формуле:

945. 

946. где – коэффициент запаса;

947. – коэффициент возврата микропроцессорного реле.

948. Примем ток срабатывания защиты:

949. 

950. Ток срабатывания реле:

951. 

952. Так, как данная защита является дополнительной, то выдержка времени для нее задается несколько выше, чем для основной защиты.

953. Принимаем ток срабатывания защиты , ток срабатывания реле , выдержку времени срабатывания

954. Коэффициент чувствительности равен:

955. .

5. АВР

961. Устройства АВР должны предусматриваться для восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания при отключении рабочего источника питания, приводящем к обесточиванию электроустановок потребителя.

962. При проектировании схемы АВР, допускающей включение секционного выключателя, важно учитывать пропускную способность питающего трансформатора и мощность источника энергии, питающих параллельную систему. В противном случае может получиться так, что переключение на питание от параллельной системы выведет из строя и её, так как источник питания не сможет справиться с суммарной нагрузкой обеих систем.

963. АВР разделяют на:

964. - АВР одностороннего действия (в таких схемах присутствует одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная; в случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию).

965. - АВР двухстороннего действия (в этой схеме любая из двух линий может быть как рабочей, так и резервной).

966. Для секции, входящей в состав исследуемой ГПП, АВР осуществляется по двум секциям ЗРУ-35 кВ ГПП-19 (АВР двухстороннего действия).

967. В качестве измерительного органа для АВР в высоковольтных сетях служат реле минимального напряжения, подключённые к защищаемым участкам через трансформаторы напряжения. В случае снижения напряжения на защищаемом участке электрической сети реле даёт сигнал в схему АВР. Однако, условие отсутствия напряжения не является достаточным для того, чтобы устройство АВР начало свою работу. Как правило, должен быть удовлетворён еще ряд условий, таких как:

968. - на защищаемом участке нет неустранённого короткого замыкания (понижение напряжения может быть связано с коротким замыканием, включение дополнительных источников питания в эту цепь нецелесообразно и недопустимо.

969. - вводной выключатель включён (чтобы АВР не сработало, когда напряжение исчезло из-за того, что вводной выключатель был отключён намеренно).

970. - на соседнем участке, от которого предполагается получать питание после действия АВР, напряжение присутствует (если обе питающие линии находятся не под напряжением, то переключение не имеет смысла).

971. После проверки выполнения всех этих условий логическая часть АВР даёт сигнал на отключение вводного выключателя обесточенной части электрической сети и на включение секционного выключателя. Причём, секционный выключатель включается только после того, как вводной выключатель отключился.

972. Рассмотрим выбор АВР между I и II секциями КРУ-35 кВ ГПП-19. Напряжение срабатывания реле минимального напряжения определяем по следующей формуле:

973. 

974. Выдержка времени пускового органа определяется по следующей формуле:

975. 

976. где t_м − наибольшая выдержка времени защиты присоединений, отходящих от шин подстанции, с;

977. ∆t – ступень селективности, с.

978. Наибольшая выдержка времени составляет t_м = 0,1 с., ступень селективности принимаем равной ∆t = 0,2 сек., тогда:

979. 

5. УРОВ

982. Устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) предусматривается на выключателях всех сторон защищаемого трансформатора. УРОВ НН действует на отключение выключателей со всех сторон защищаемого трансформатора. УРОВ ВН действует на отключение выключателей системы шин со стороны ВН.

983. Для обеспечения быстрого возврата схемы УРОВ, если выключатель нормально отключился при действии защит, предусмотрен максимальный ИО тока. Выдержка времени УРОВ предназначена для фиксации отказа выключателя, т.е. если в течение данного времени условия пуска УРОВ сохраняются, то происходит действие на отключение всех выключателей, через которые продолжается питание повреждения. Прием сигналов срабатывания УРОВ ВН фиксируется при длительности сигнала не менее 3 мс.

984. УРОВ формирует сигнал без выдержки времени на отключение резервируемого выключателя при появлении любого из сигналов:

• действие внешних устройств РЗА (внешний сигнал);

• действие ДЗШ (внешний сигнал);

• действие защит на отключение выключателя (внутренний сигнал).

985. Функция УРОВ шкафа реализует принцип индивидуального устройства, причем схема УРОВ выполнена универсальной и возможна реализация УРОВ как по схеме с дублированным пуском, так и по схеме с автоматической проверкой исправности выключателя. Выбор принципа действия УРОВ производится с помощью программируемой накладки.

986. В соответствии с индивидуальным принципом исполнения, УРОВ имеет индивидуальную выдержку времени, необходимую для фиксации отказа выключателя. Это позволяет отказаться от запаса по выдержке времени, который предусматривается в централизованных УРОВ с общей выдержкой времени.

987. Реле тока УРОВ предназначено для возврата схемы УРОВ при отсутствии отказа выключателя и для определения отказавшего выключателя или КЗ в зоне между выключателем и трансформатором тока с целью выбора направления действия устройства. Ток срабатывания реле тока УРОВ должен выбираться по условию обеспечения чувствительности и по возможности минимальным. Рекомендованное значение тока срабатывания (0,05÷0,1)·I_НОМ присоединения. В отдельных случаях могут возникнуть дополнительные ограничения по выбору минимальной уставки по току срабатывания реле тока УРОВ (отстройка от максимального емкостного тока для УРОВ выключателей с пофазными приводами, отстройка от токов через емкостные делители и т.д.), которые должны учитываться проектировщиками при выборе уставок.

988. В шкафу защиты трансформатора ШЭ2607 041 для контроля тока через выключатель предусмотрены по три однофазных реле тока УРОВ.