Основные защиты вл 110 кв. Как устроена релейная защита линий электропередач

Для линий напряжением 110 кВ и выше должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю. Тип основной защиты линии определяют, исходя из требований сохранения устойчивости работы энергосистемы. Считается, что требования по устойчивой работе энергосистемы, как правило, удовлетворяются, если трехфазные КЗ на линиях, сопровождающиеся снижением напряжения на питающих шинах, ниже (0,6... ...0,7) Uном, отключаются без выдержки времени (при условии, что расчеты устойчивости не предъявляют других, более жестких требований). Кроме того, применение быстродействующей защиты может оказаться необходимым, когда повреждения, отключаемые с выдержкой времени, могут привести к нарушению работы ответственных потребителей или к недопустимому нагреву проводников, а также при необходимости осуществления быстродействующего АПВ.

На тупиковых линиях напряжением 110-220 кВ следует устанавливать ступенчатые токовые защиты или ступенчатые защиты тока и напряжения. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, предусматривается ступенчатая дистанционная защита. В этом случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать мгновенную токовую отсечку.
Для защиты от замыканий на землю предусматривается ступенчатая токовая защита нулевой последовательности (направленная или ненаправленная).

Для защиты линий напряжением 110-220 кВ от КЗ на землю предусматриваются, как правило, ступенчатые токовые защиты нулевой последовательности. Реле тока всех ступеней защиты включаются на сумму трех фаз, что обеспечивает протекание по ним тока нулевой последовательности при однофазных КЗ на землю. Расчет ступенчатой токовой защиты нулевой последовательности сводится к определению тока срабатывания и выдержек времени отдельных ступеней защиты; необходимости использования в защите реле направления мощности; чувствительности защиты.

Рис. 1. Расчетные схемы для определения тока срабатывания защиты
нулевой последовательности тупиковой ВЛ 110-220 кВ по условиям 1 и 2: а - исходная; б - замещения - для определения эквивалентного сопротивления трансформаторов и линий при однофазном включении (одна из целей отключена); я1л1 -индуктивное сопротивление участка линии л1; хт1 и хт2 - индуктивные сопротивления трансформаторов тl и т2 при включении под напряжение одной фазы
На примере типичной для электроснабжения промышленных предприятий схемы (рис, 1, а) (тупиковая линия с односторонним питанием) рассмотрена методика выбора параметров срабатывания защиты линий, для которых длительный режим работы двумя фазами не предусматривается. Защита может быть выполнена одно- или двухступенчатой.

Учитывая наличие типовых панелей, на линиях, питающих подстанции с заземленной нейтралью, рекомендуется выполнение двухступенчатой защиты с направленной второй ступенью, что дает возможность повысить ее чувствительность и уменьшить время отключения КЗ. Ток срабатывания первой ступени защиты при выполнении ее без выдержки времени выбирают по следующим условиям.
1. Отстройка от броска тока намагничивания трансформаторов, имеющих глухозаземленные нейтрали и включаемых под напряжение при включении линии. Для выключателей с трехфазным приводом это условие при выборе параметров срабатывания защиты не учитывается. Нe учитывается оно также, если первая ступень защиты отстроена по времени от неодновременного включения фаз выключателя. При этом для выключателей с пофазными приводами время срабатывания первой ступени должно быть не менее 0,1-0,2 с (нижний предел - для воздушных выключателей, верхний - для масляных).
Подстанции промышленных предприятии выполняют, как правило, по упрощенным схемам с короткозамыкателями в цепи трансформаторов. При определении чувствительности защиты нулевой последовательности линий, к которой присоединены такие подстанции, следует учитывать уменьшение тока 3/0мин и мощности (3/03 £/„) мин из-за возможного одновременного трехфазного КЗ за трансформатором и однофазного КЗ на землю на высокой стороне трансформатора при включении короткозамыкателя.
Отношение токов нулевой последовательности в защите линии при замыкании на землю одной фазы на выводах высшего напряжения трансформатора с КЗ между тремя фазами на стороне низшего напряжения (режим 1,3) и при замыкании на землю одной фазы (режим 1) может быть определено по табл.

Токовая защита от междуфазных КЗ

Токовые ступенчатые защиты от междуфазных КЗ широко используют на тупиковых линиях 110-220 кВ. В качестве первой ступени, выполняемой, как правило, без выдержки времени, применяют токовую отсечку. Первичный ток срабатывания токовой отсечки, установленной на линии (рис., а) и выполняемой без выдержки времени, определяется следующими условиями:
Отстройка от тока, проходящего в месте установки защиты, при трехфазных КЗ за трансформаторами, питаемыми рассматриваемой линией. Отстройка по этому условию производится по выражению (11), где /£3)макс-наибольший ток в защите при трехфазном КЗ за трансформаторами в максимальном режиме системы и при минимальном сопротивлении трансформаторов с учетом РПН; kH~ 1,3...1,4. При наличии ответвительных подстанций с выключателями на стороне ВН токовая отсечка, защищающая линию, для обеспечения селективности должна быть отстроена от максимального тока КЗ на стороне ВН ближайшей подстанции с выключателями.
Отстройка от тока двигателей нагрузки при трехфазном КЗ на шинах подстанции, на которой установлена данная защита (точка К\ на рис. 37, а). Расчетным при этом является выражение (7.5), где /я,™ - максимальный ток, посылаемый двигателями нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии, при трехфазном КЗ на шинах подстанций, к которым присоединена линия; kH - 1,3.,1,4,
Отстройка от тока самозапуска двигателей нагрузки, питаемой от рассматриваемой линии. Расчетным по этому условию является выражение (7.2).
Отстройка от бросков тока намагничивания трансформаторов, присоединенных к линии, при ее включении. Расчет производят для трех видов включения: одно- и двухфазного (одновременного включения двух фаз, затем с некоторым запаздыванием включения третьей фазы), а также трехфазного (одновременного включения всех трех фаз). Расчетное выражение имеет вид

где хг экв - эквивалентное сопротивление трансформаторов и линии до места установки защиты для расчетного вида включения. Определение лт экв выполняется аналогично выражению (15). При расчете по однофазному включению учитывают только трансформаторы с заземленной нейтралью, которые вводятся в схему замещения сопротивлениями ху, вычисляемыми по расчетным выражениям на с. 143. При расчете по двухфазному включению в схему замещения вводят сопротивлениями хф все трансформаторы, питаемые от рассматриваемой линии, независимо от режима заземления нейтрали. При расчете по трехфазному включению учитывают также все трансформаторы. При этом трансформаторы вводят в схему замещения сопротивлениями, значения которых равны 1,35* для трансформаторов и 1,3 для автотрансформаторов. Значение коэффициента Сб определяется по табл. 3.
3. Значение коэффициента Сб

		Значение коэффициента Cg
Тип реле, используемого в защите	Расчетное включение	Сталь магнитопровода трансформаторов - холоднокатаная		Сталь магнитопроводов трансформаторов - горячекатаная
		Uном = 110 кВ	Uном = 220 кВ	Uном = 110 кВ	Uном = 220 кВ
	Одно- и трехфазное
	Двухфазное
	Одно- и трехфазное

Следует отметить, что при выборе тока срабатывания отсечки, защищающей линию, изображенную на рис., а, необходимо учитывать режим отключения одной из цепей и подключения всех трансформаторов к оставшейся в работе цепи.
Чувствительность токовой отсечки проверяют в минимальном режиме питающей системы при двухфазном КЗ на шинах подстанций, присоединенных к защищаемой линии. Минимальный коэффициент чувствительности токовой отсечки, когда она выполняет функции
основной защиты, должен быть порядка 1,5. Если токовая отсечка без выдержки времени выполняет функции дополнительной защиты линии, то коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки защиты в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме. В тех случаях, когда простые токовые отсечки не удовлетворяют требованиям чувствительности, может оказаться целесообразным применение комбинированной отсечки по току и напряжению.
Ток срабатывания комбинированной отсечки выбирается из условия обеспечения достаточной чувствительности при двухфазном металлическом КЗ в конце защищаемой зоны в минимальном режиме питающей системы:

где k4 у-коэффициент чувствительности отсечки по току (k4 т = 1,5).
Кроме условия (7,17) /с 0 к должен удовлетворять условию надежной отстройки от токов самозапуска в режиме АПВ в случае неисправностей в цепях напряжения (расчетное выражение (2)). Первичное напряжение срабатывании реле напряжения выбирают по условию отстройки от КЗ на шинах низшего (среднего) напряжения той подстанции, у которой при повреждении за трансформатором, сопровождающимся током, равным /с 0 к, остаточное напряжение в месте установки защиты будет наименьшим:

где гл - сопротивление участка линии от шин питающей подстанции, на которой установлена рассматриваемая защита, до шин ВН подстанции, повреждение за трансформатором которой является расчетным; гт - наименьшее (с учетом РПН) сопротивление трансформатора, повреждение за которым является расчетным; kn- 1,2- коэффициент надежности.
Напряжение срабатывания комбинированной отсечки должно находиться в пределах (0,15...0,65) Uном, что определяется минимальной уставкой стандартных реле напряжения (нижний предел) и условием обеспечения отстройки от возможного снижения напряжения в сети (верхний предел).
Чувствительность комбинированной отсечки по напряжению проверяется по остаточному напряжению Uocr в месте установки защиты при междуфазных напряжениях в конце защищаемой линии в максимальном режиме работа системы:

Коэффициент чувствительности комбинированной отсечки по напряжению должен быть не менее 1,5.
Максимальная токовая защита с выдержкой времени используется, как правило, в качестве второй ступени защиты тупиковых линий напряжением 110-220 кВ. Расчетные выражения для расчета максимальной токовой защиты линий напряжением 6-10 кВ, справедливы и для линий напряжением 110-220 кВ.
Для повышения чувствительности защиту можно выполнить с пуском по напряжению.

Дистанционная защита

Расчет защиты сводится к определению сопротивлений срабатывания и выдержек времени отдельных ступеней, а также ее чувствительности. Для защиты тупиковых линий напряжением 110-220 кВ дистанционную защиту выполняют двухступенчатой при использовании панели ЭПЭ-1636 или одноступенчатой - при использовании панели упрощенных защит.
Сопротивление срабатывания первой ступени защиты выбирают по условию отстройки от КЗ за трансформаторами, которые питаются от рассматриваемой линии. Для защиты линии, изображенной на рис, а, расчетные выражения имеют вид

где гл1 и гл2 - сопротивления участков линии; гт1 и гт3 - минимальные значения сопротивлений трансформаторов Т1 и ТЗ с учетом РПН (если на подстанциях установлены разные трансформаторы, то в выражениях (18) и (19) учитываются трансформаторы, имеющие меньшие сопротивления); kT Tl, кгт3- коэффициенты токораспределения, равные отношениям тока в месте установки защиты и соответственно токов в трансформаторах Т1, ТЗ и на участке линии Л2 при КЗ за трансформаторами. Если на стороне ВН ответвительных подстанций имеются выключатели, то первая ступень защиты для обеспечения селективности отстраивается от сопротивления участка линии до ближайшей подстанции с выключателями.
Очевидно, что расчетными при определении г\ 3 следует принимать режимы, соответствующие максимальным значениям коэффициентов токораспределения. При отсутствии питания со стороны низшего (среднего) напряжения трансформаторов /гт т1 = kr r3 = = 1. В качестве сопротивления срабатывания первой ступени дистанционной защиты принимается меньшее из значений, полученных по формулам (18) и (19).
Выбранное сопротивление срабатывания проверяют по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформаторов при включении линии под напряжение по выражению

(обозначения - см. выражение (14)). Значение коэффициента Сб принимается по работе и данным завода-изготовителя.
Первичное сопротивление срабатывания второй ступени защиты (пусковой орган) выбирают по условию отстройки от минимального сопротивления в условиях самозапуска электродвигателей нагрузки после отключения внешнего КЗ:

где UUKa сз - минимальное значение первичного напряжений в месте установки защиты в условиях самозапуска электродвигателей, определяемое расчетом (ориентировочно можно принять равным 80-90 % минимального рабочего напряжения сети); kB = 1,05 ... 1,1-коэффициент возврата реле; kH = 1,2 - коэффициент надежности; kC3 - коэффициент самозапуска двигателей в режиме после отключения внешнего КЗ, определяемый расчетом (ориентировочно kC3 = 1,5 . . . 2); /раб мжс - максимальное значение рабочего тока защищаемой линии; <рм_ ч - угол макси- мальвой чувствительности реле сопротивления", <рраб- угол полного сопротивления нагрузки в рассматриваемом режиме после отключения внешнего КЗ.
При выборе параметров срабатывания пусковых органов дистанционной защиты линий с ответвлениями, кроме того, следует учитывать также условие отстройки от режима самозапуска нагрузки подстанций, питающихся от рассматриваемой линии, при включении линии. Сопротивление срабатывания по указанному условию определяют по выражению 7.20, При этом коэффициент kB не учитывают, a kC3 и фраб определяют в режиме самозапуска заторможенной нагрузки при включении линии.

Сопротивления срабатывания реле первой и второй ступеней за- щиты определяют по выражениям
где пт и пк -коэффициенты трансформации соответственно трансформаторов тока и напряжения; £сх- коэффициент схемы включения реле.
По найденным значениям сопротивлений срабатывания выбирают каталожные уставки реле. Коэффициент чувствительности защиты определяют по выражению k4 = г® /2защ, где гзащ - максимальное значение сопротивления, подведенное к защите при КЗ в расчетной точке. Для проверки чувствительности защиты расчетной является точка, характеризующаяся наибольшим значением гзащ, для рассматриваемой на рис. 37, а линии - точка К2:

где kт2 - коэффициент токораспределения, соответствующий режиму, при котором он принимает минимальное значение. Для повышения коэффициента чувствительности защиты можно использовать эллиптическую характеристику пускового органа. Использование эллиптической характеристики реле пускового органа позволяет зачастую обеспечить надежное резервирование защит трансформаторов приемных подстанций. Наименьший допустимый коэффициент чувствительности защиты приблизительно равен 1,5.
Выбранные уставки реле должны быть проверены на чувствительность по току точной работы /тр (приводятся в каталожных данных защиты в зависимости от уставки реле защиты). Чувствительность реле по току точной работы оценивают коэффициентом чувствительности при КЗ в расчетной точке.

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.

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;

Параметры защищаемой воздушной линии.

Выбор защит линии 110 кВ

2.1 Защиты линии 110 кВ W 5 .

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.нн =11 кВ

U к. m in =9.52%= U к(–РО)

U к.ном =10,5%

U к. m ax =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 К 1 ,К 2 ,К 3 для выбора настройки МТЗ линии W 5 .

Сворачиваем схему замещения прямой последовательности приведенной к точкам К3

Точка К1

Точка К2

X 21 =X рез =X 20 +X 11 =12,5+15=22,5 Ом

Точка К3

Нормальный режим:

X 22 =X рез =X 21 +X 12 сред =22,5+55,5=78 Ом

Максимальный режим:

X 22 =X рез =X 21 +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 К 3 в максимальном режиме.

Принимаем:

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)

Чувствительность II ступени к 2-х фазному КЗ в точке К 3 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 К 3 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 К 1 и К 2 в различных режимах

Максимальный режим	Минимальный режим

Схема замещения принимает вид

Максимальный режим	Минимальный режим
Для точки КЗ К 1
Для точки КЗ К 2
Точка КЗ К 1
Точка КЗ К 2

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

Ток срабатывания выбираем по условию обеспечения требуемой чувствительности при КЗ на землю в конце линии в минимальном режиме (точка К 2)

К 4 =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 К 3).

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)

Принимаем

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

Дистанционная защита (ДЗ) в электрических сетях класса напряжения 110 кВ выполняет функцию резервной защиты высоковольтных линий, она резервирует дифференциально-фазную защиту линии, которая применяется в качестве основной защиты в электрических сетях 110 кВ. ДЗ выполняет защиту ВЛ от междуфазных коротких замыканий. Рассмотрим принцип работы и устройства, которые осуществляют работу дистанционной защиты в электрических сетях 110 кВ.

Принцип работы дистанционной защиты основан на вычислении расстояния, дистанции до места повреждения. Для вычисления расстояния до места повреждения высоковольтной линии электропередач устройства, выполняющие функции дистанционной защиты, используют значения тока нагрузки и напряжения защищаемой линии. То есть для работы данной защиты используются цепи и 110 кВ.

Устройства дистанционной защиты подстраиваются под конкретную линию электропередач, участок энергосистемы таким образом, чтобы обеспечить их ступенчатую защиту.

Например, дистанционная защита одной из линий электропередач имеет три ступени защиты. Первая ступень охватывает практически всю линию, со стороны подстанции, на которой установлена защита, вторая ступень охватывает оставшийся участок линии до смежной подстанции и небольшой участок электрической сети, отходящий от смежной подстанции, третья ступень защищает более дальние участки. В данном случае вторая и третья ступени дистанционной защиты резервируют защиту, расположенную на смежной или более дальней подстанции. Для примера рассмотрим следующую ситуацию.

Воздушная линия 110 кВ соединяет две смежные подстанции А и Б, на обеих подстанциях установлены комплекты дистанционной защиты. При наличии повреждения в начале линии со стороны подстанции А, сработает комплект защиты, установленный на данной подстанции, при этом защита на подстанции Б будет резервировать защиту на подстанции А. В данной случае для защиты А повреждение будет находиться в пределах работы первой ступени, для защиты Б в пределах второй ступени.

Исходя из того, что что чем выше ступень, тем выше время срабатывания защиты, следует, что комплект А сработает быстрее, чем комплект защиты Б. При этом в случае отказа комплекта защиты А через время, заданное на срабатывание второй ступени защиты, сработает комплект Б.

В зависимости от протяженности линии и конфигурации участка энергосистемы для надежной защиты линии подбирается нужное количество ступеней и соответствующая им зона действия.

Как и упоминалось выше, на каждую из ступеней защиты устанавливается свое время срабатывания. В данном случае, чем дальше от подстанции будет повреждение, тем выше уставка времени срабатывания защиты. Таким образом, обеспечивается селективность работы защит на смежных подстанциях.

Существует такое понятие, как ускорение защиты. Если выключатель линии отключился действием дистанционной защиты, то, как правило, одна из ее ступеней ускоряется (сокращается время ее срабатывания) в случае ручного или автоматического повторного включения выключателя.

Дистанционная защита, по принципу работы, выполняет контроль значений сопротивления линии в реальном времени. То есть определение расстояния до места повреждения осуществляется косвенным способом – каждое значение сопротивления линии соответствует значению дистанции до места повреждения.

Таким образом, в случае возникновения междуфазного короткого замыкания на линии электропередач, ДЗ сравнивает значения сопротивления, которые фиксирует в данный момент времени измерительный орган защиты с заданными диапазонами сопротивлений (зонами действия) для каждой из ступеней.

Если по той или иной причине на устройства ДЗ не будет приходить напряжение с ТН-110 кВ, то при достижении определенного значения тока нагрузка защита сработает ложно, обесточив линию электропередач фактически при отсутствии каких-либо повреждений. Для предотвращения подобных ситуаций в устройствах ДЗ предусмотрена функция контроля наличия цепей напряжения, в случае отсутствия которых защита автоматически блокируется.

Также дистанционная защита блокируется в случае возникновения качаний в энергосистеме. Качания возникают при нарушении синхронной работы генератора на том или ином участке энергосистемы. Данное явление сопровождается увеличением тока и снижением напряжения в электрической сети. Для устройств релейной защиты, в том числе ДЗ, качания в энергосистеме воспринимаются как короткое замыкание. Данные явления различаются по скорости изменения электрических величин.

При коротком замыкании изменение тока и напряжения происходит мгновенно, а при возникновении качаний – с небольшой задержкой. На основании этой особенности дистанционная защита имеет функцию блокировки, которая осуществляет блокировку защиты в случае возникновения качаний в энергосистеме.

При возрастании тока и падения напряжения на защищаемой линии блокировка разрешает работу ДЗ на время, достаточное для срабатывания одной из ступеней защиты. Если электрические величины (ток линии, напряжение, сопротивление линии) в течение этого времени не достигли границ заданных уставок защиты, блокировочный орган блокирует защиту. То есть блокировка ДЗ дает сработать защите в случае возникновения реального повреждения, но блокирует защиту в случае возникновения качаний в энергосистеме.

Какие устройства выполняют функцию дистанционной защиты в электрических сетях

Примерно до начала 2000-х годов функцию всех устройств релейной защиты и автоматики, в том числе и функцию дистанционной защиты, выполняли устройства, построенные на реле электромеханического принципа действия.

Одним из наиболее распространенных блоков, построенных на электромеханических реле, является устройства дистанционной защиты ЭПЗ-1636, ЭШЗ 1636, ПЗ 4М/1 и др.

На смену вышеприведенным устройствам пришли , которые выполняют функцию нескольких защит линии 110 кВ, в том числе и дистанционную защиту линии.

Что касается конкретно дистанционной защиты, то использование микропроцессорных устройств для ее реализации значительно повышает точность ее работы. Также существенным преимуществом является наличие на микропроцессорных терминалах защит функции определения места повреждения (ОМП) – вывод на дисплей расстояния до места повреждения линии, которое фиксирует дистанционная защита. Расстояние указывается с точностью до десятых километра, что позволяет значительно упростить поиск повреждения на линии ремонтными бригадами.

В случае использования комплектов дистанционной защиты старого образца процесс поиска повреждения на линии значительно усложняется, так как на защитах электромеханического типа нет возможности фиксации точного расстояния до места повреждения.

В качестве альтернативы для возможности определения точного расстояния до места повреждения на подстанциях устанавливаются (ПАРМА, РЕКОН, Бреслер и др.), которые фиксируют события на каждом отдельном участке электрической сети.

Если возникнет повреждение на одной из линий электропередач, то регистратор аварийных процессов выдаст информацию о характере повреждения и удаленности его от подстанции с указанием точного расстояния.

В соответствии с требованиями ПУЭ объем устройств релейной защиты ЛЭП определяется уровнем номинального напряжения.

Линии 110 кВ и выше выполняются с заземленной нейтралью. Для линии 110-500 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных и от однофазных замыканий на землю.

Для защиты от многофазных замыканий устанавливают дистанционную защиту, а в качестве резервной устанавливают ТО.

Защита от ОЗЗ выполняется с использованием трансформатора тока нулевой последовательности и действует от емкостного тока на сигнал.

Блок БМРЗ-КЛ

Назначение блока БМРЗ-КЛ.

Цифровой блок релейной защиты БМРЗ-КЛ предназначен для выполнения функций релейной защиты, автоматики, управления, измерения и сигнализации кабельных и воздушных линий электропередачи, распределительных подстанций и электростанций, защиты электрических двигателей. Реализована функция определения места повреждения (ОМП) - вычисление расстояния в километрах до места двухфазного или трефазного КЗ на линиях электропередачи. Наличие ответвлений на многоконцевой линии приводит к увеличению погрешности ОМП. Для вычисления расстояния до места КЗ используются следующие параметры:

· удельное реактивное сопротивление линии (Ом/км), которое задается потребителем в виде уставки при настройке БМРЗ-КЛ;

· значения тока и напряжения петли КЗ, полученные по осциллограммам аварийного процесса.

Ток и напряжение в петле КЗ фиксируется на участке осциллограммы с установившимися электрическими величинами. Если в процессе аварии двухфазное КЗ переходит в трехфазное вычисляются усредненные расстояния до точки КЗ. При этом снижение достоверности результата ОМП отражается на дисплее БМРЗ-КЛ в виде сообщения "Результат нестабильный". Точность вычисления расстояния до места КЗ пропорциональна погрешностям измерительных трансформаторов тока и напряжения и точности задания параметров защищаемой линии. Результат ОМП не зависит от переходного сопротивления в месте КЗ. Значительно большее влияние на ОМП оказывает неточности при определении параметров линии. При невозможности ОМП, например, при срабатывании защит без выдержки времени расстояние до места повреждения не отображается.

В блоке БМРЗ-КЛ предусмотрено свободное назначение резервных дискретных входов и выходов. В блоке реализованы два варианта защиты от ОЗЗ:

· направленная защита с контролем направления мощности нулевой последовательности (аналог ЗЗП - 1М и ЗНЗ);

· регистрация действующего значения суммы высших гармоник в токе 3 Iо (аналог УСЗ-3М).

Второй способ эффективен в сетях с компенсированной нейтралью и может использоваться для автоматического или ручного отключения поврежденного фидера, резко сокращая время поиска неисправности. При объединении блоков БМРЗ-КЛ в АСУ информация о значениях высших гармоник 3Iо во всех фидерах секции КРУ появляется на компьютере релейщика или диспетчера подстанции через 1-2 с после возникновения ОЗЗ.

Блок БМРЗ-КЛ выпускается в четырех исполнениях, отличающихся по каналу связи и по напряжению оперативного тока.

Функции блока БМРЗ-КЛ.

· Направленная трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) с комбинированным пуском по напряжению. Для любой ступени настройки выбираются индивидуально.

· Направленная защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) с пуском по току и напряжению нулевой последовательности. Регистрация высших гармоник тока 3Iо.

· Защита минимального напряжения (ЗМН) с контролем двух линейных напряжений и напряжения обратной последовательности, с возможностью блокировки при пуске первой и второй ступени МТЗ.

· Защита от не симметрии и от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ)с контролем тока обратной последовательности, а также по I 2 /I 1 .

· Резервирование при отказе выключателя.

· Автоматическое повторное включение.

· Выполнение команд автоматической частотной разгрузки и автоматического повторного включения по частоте.

· Автоматическое осциллографирование процессов аварий. (63 осциллограммы)

· Память аварийных событий.

· Подсчёт импульсов от счётчиков активной и реактивной электроэнергии (технический учёт).

· Измерение параметров сети.

· Самодиагностика.

· Две программы уставок.

Дистанционная защита БМРЗ- ЛТ

Трёхступенчатая дистанционная защита (ДЗ) с четырёхугольной зоной срабатывания для всех трёх ступеней (или четырёхугольной зоной срабатывания для первых двух ступеней и треугольной для третьей) предназначена для защиты ВЛ (блока ВЛ - трансформатор) от междуфазных КЗ без замыканий на землю и выполнена с тремя реле сопротивления в каждой ступени, включенными на контуры АВ, ВС, СА.

Четырёхступенчатая токовая защита нулевой последовательности с независимыми выдержками времени предназначена для действия при однофазных и двухфазных КЗ на землю. Первые три ступени могут быть выполнены с отстройкой от броска тока намагничивания силового трансформатора. Любая ступень может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:

Ненаправленной;

Направленной, с контролем разрешающим реле направления мощности нулевой последовательности;

Направленной, с контролем блокирующим реле направления мощности нулевой последовательности;

Максимальная токовая защита

Трёхступенчатая токовая защита может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:- ненаправленной;- направленной с разрешением или блокированием по сигналам реле направления мощности;- с комбинированным пуском по (U и U2) напряжению; Ступень токовой защиты с пуском по фантомному напряжению схеме предназначена для дальнего резервирования при КЗ на стороне низкого напряжения за трансформаторами и контроля успешного самозапуска оставшейся нагрузки после отключения КЗ защитой за трансформатором.

Защита от обрыва фазы

Защита от несимметрии и от обрыва фазы может быть сконфигурирована пользователем при помощи программных ключей:

Ненаправленной;

С контролем направления мощности обратной последовательности;

С контролем направления мощности нулевой последовательности.

Резервирование при отказе выключателя (УРОВ)

Сигнал "УРОВ" выдается через заданное время после выдачи сигнала на отключение выключателя при сохранении тока через отключаемое защитой присоединение. Алгоритм УРОВ выполнен с контролем положения выключателя. Уставки по времени: от 0,10 до 1,00 с, шаг 0,01 с.

Автоматическое повторное включение (АПВ)

Блок обеспечивает двукратное АПВ. Первый и второй циклы АПВ могут быть выведены из действия независимо друг от друга программными ключами. АПВ может блокироваться при срабатывании отсечки и наличии напряжения 3Uo (земля в сети).

Защита от многофазных замыканий

В качестве основной защиты используем ТО

Ток срабатывания защиты

Ток срабатывания реле

Коэффициент чувствительности

Следовательно, защита не удовлетворяет условиям чувствительности

Согласно ПУЭ на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий следует устанавливать ступенчатые токовые защиты. Если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения, должна быть предусмотрена ступенчатая дистанционная защита. В последнем случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Дистанционная защита

I Ступень

Находим сопротивление срабатывания I ступени защиты

Сопротивление линии (90%)

Сопротивление трансформатора

Сопротивление срабатывания реле

II Cтупень

Сопротивление линии (10%)

Сопротивления двигателей:

где - сверхпереходное сопротивление, 0.2.

Время срабатывания защиты

III Cтупень

Сопротивление срабатывания защиты

Сопротивление срабатывания реле по формуле (3.7)

Коэффициент чувствительности защиты как основной

Защита от замыканий на землю

Выполняется с помощью ТТНП

Находим ёмкостной ток ВЛ

Удельный ёмкостной ток провода АС 70- 0,045А/км

Ток срабатывания защиты от замыкания на землю

Ток замыкания на землю для ВЛ

Проверяем чувствительность

Следовательно, защита удовлетворяет условиям чувствительности

Выбор источника оперативного тока

В качестве источника оперативного тока используем аккумуляторные батареи, т.е. используем источники постоянного оперативного тока. Основным преимуществом которой является независимость от режима работы и состояния первичной сети. Поэтому постоянный оперативный ток обладает большей надежностью во время нарушения нормальной работы сети.

Подстанция 110 кВ Угольный комплекс с заходами линии электропередач 110 кВ. Рабочий проект РЗА

2 Основные технические решения

2.1 Релейная защита и автоматика

2.1.1 Релейная защита и автоматика силового трансформатора
2.1.2 Защита ВВ-10 кВ
2.1.3 Защита присоединений 10 кВ
2.1.4 Защита СВ-10 кВ
2.1.5 Дуговая защита 10 кВ
2.1.6 Логическая защита шин 10 кВ
2.1.7 Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) 10 кВ
2.1.8 Автоматическая частотная разгрузка (АЧР

2.2 Автоматика управления ДГР
2.3 Управление, сигнализация, оперативная блокировка и питание оперативных цепей

3 Разработка мероприятий по ЭМС

Лист регистрации изменений.

Пояснительная записка

Основные технические решения по созданию комплекса РЗА приняты на основании задания на разработку рабочей документации по титулу: «Подстанция 110 кВ Угольный Комплекс с заходами линии электропередач 110 кВ».

Количественный и качественный состав функций РЗА соответствует требованиям НТД (ПУЭ, ПТЭ, НТП ПС и других отраслевых нормативных документов).

2 Основные технические решения

Настоящим проектом предусматривается создание комплекса РЗиА ПС 110/6,6/6,3 кВ «Инаглинский Уголный Комплекс», выполненного на современных микропроцессорных (МП)
устройствах производства ООО НПП «ЭКРА» (г. Чебоксары) и ООО «РЗА Системз» (г. Москва), ООО «НТЦ Механотроника» (г. Санкт Петербург).

РЗиА силовых трансформаторов 110/6,6/6,3 кВ предусматривается выполнить на базе МП устройств производства ООО НПП «ЭКРА». РЗиА оборудования 6,6 кВ и 6,3 кВ предусматривается выполнить на базе МП устройств производства ООО «РЗА Системз».

Защита оборудования КРУ-6,6 кВ и 6,3 кВ от дуговых замыканий предусматривается выполнить на базе комплекса «Дуга» производства ООО «НТЦ Механотроника».

Установка шкафов РЗиА 110 кВ, а также общеподстанционных систем ЦС, питания ОБР производится в помещении релейных панелей.

Комплекты защит присоединений 6,6 кВ 6,3 кВ устанавливаются в релейные отсеки ячеек КРУ.
Все применяемые устройства РЗА имеют функции осциллографирования, регистрации аварийных процессов и их последующего хранения в энергонезависимой памяти. Также все
устройства имеют стандартный цифровой интерфейс RS-485.

Решения в части подключения ко вторичным обмоткам ТТ и ТН отображены на схеме распределения по ТТ и ТН устройств ИТС см. П-15015-021-РЗ.2.

Для пояснения принципа работы комплекса релейной защиты и автоматики на объекте выполнены структурно-функциональные схемы РЗА. Схемы представлены в графических
материалах П-15015-021-РЗ.3.

2.1 Релейная защита и автоматика

2.1.1 Релейная защита и автоматика силового трансформатора
Проектом предусматривается установка шкафов типа «ШЭ2607 045073», производства ООО НПП «ЭКРА». Шкаф содержит два комплекта:

1-й - комплект основной защиты трехобмоточного трансформатора на базе микропроцессорного терминала типа «БЭ2704 V045», выполняющий следующие функции: - дифференциальная токовая защита (ДЗТ) трансформатора от всех видов КЗ внутри бака трансформатора;

МТЗ стороны ВН с возможностью комбинированного пуска по напряжению со стороны НН,
- МТЗ сторон НН с возможностью комбинированного пуска по напряжению со стороны НН,
- защита от перегрузки по каждой стороне (ЗП),
- реле тока для блокировки РПН при перегрузке,
- газовая защита трансформатора и РПН с контролем изоляции,
- прием технологических сигналов от трансформатора,

2-й - комплект резервной защиты трансформатора и автоматики управления
выключателем на базе микропроцессорного терминала типа «БЭ2704 V073», выполняющий
следующие функции:

МТЗ стороны ВН с возможностью комбинированного пуска по напряжению со стороны НН;
- автоматика управления выключателем (АУВ);
- газовая защита трансформатора и РПН с контролем изоляции.

Для выполнения функций регулирования напряжения трансформатора устанавливается
шкаф ШЭ 2607 157, содержащий два комплекта на базе терминалов БЭ2502А0501 производства
ООО НПП «ЭКРА». Каждый комплект выполняет следующие функции:

Автоматическое поддержание напряжения в заданных пределах;
- управление приводом РПН;
- контроль положения РПН;
- контроль исправности привода РПН.

Газовая защита применяется в качестве чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформатора, реагирующей на выделение газов, возникающих при разложении масла электрической дугой.

Газовая защита трансформатора имеет две ступени: первая ступень выполняется с действием на сигнал при слабом газообразовании, вторая ступень выполняется с действием без
выдержки времени на отключение трансформатора при сильном газообразовании.

Предусмотрен перевод отключающей ступени газовой защиты на сигнал. Газовая защита (струйное реле) контактора РПН имеет одну ступень, которая действует без выдержки времени на отключение трансформатора.

Действие газовой защиты трансформатора и РПН предусматривается через комплект основной и комплект резервной защит трансформатора. В цепях газовой защиты предусматриваются устройства контроля изоляции. При снижении уровня изоляции газовая защита выводится из работы и выдается сигнал неисправности.

2.1.2 Защита ВВ-6,6 кВ и ВВ-6,3 кВ

Для защиты ВВ предусматривается установка в релейный отсек ячейки микропроцессорных терминалов «РС83-АВ2», выполняющих следующие функции:

Трехфазная МТЗ с выдержкой времени и комбинированным пуском по напряжению,

- защита минимального напряжения (ЗМН),
- прием сигнала от ЗДЗ,
- формирование сигнала АВР на включение секционного выключателя.

2.1.3 Защита присоединений КРУ 6,6 кВ и 6,3 кВ

Для защиты присоединений предусматривается установка в релейные отсеки микропроцессорных терминалов «РС83-А2М», выполняющего следующие функции:

Трехфазная МТЗ с выдержкой времени,
- автоматический ввод ускорения МТЗ при любом включении выключателя,
- определение фидера при однофазных замыканий на землю (ОПФ),
- блокировка логической защиты шин (ЛЗШ),
- автоматика управления выключателем (АУВ),
- прием сигнала от ЗДЗ,
- устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ),
- отключение от АЧР и включение от ЧАПВ.

2.1.4 Защита СВ-6,6 кВ и СВ-6,3 кВ

Для защиты СВ предусматривается установка в релейные отсеки ячеек СВ микропроцессорных терминалов «РС83-А20», выполняющего следующие функции:

Трехфазная МТЗ-СВ от междуфазных повреждений,
- автоматический ввод ускорения МТЗ-СВ при любом включении выключателя,
- логическая защита шин (ЛЗШ),
- автоматика управления выключателем (АУВ),
- прием сигнала от ЗДЗ;
- устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ),
- автоматическое включение резерва (АВР)

2.1.5 Дуговая защита шин 6,6 кВ и 6,3 кВ

Дуговая защита выполнена с помощью блоков регистрации «ДУГА-О» и центрального блока «ДУГА-БЦ» производства ООО «НТЦ Механотроника». Защита реагирует на световое
излучение от дугового разряда и выполнена с контролем по току. При дуговом замыкании в отсеке ввода/вывода в ячейке отходящего присоединения «ДУГА-О» выдает сигнал на
дискретный вход терминала защиты, который, при наличии тока через присоединение, отключает собственный выключатель с запретом. При дуговом замыкании в отсеке выкатного
элемента или отсеке сборных шин любой из ячеек устройство выдает сигнал на дискретный вход блока «ДУГА-БЦ», который, при наличии сигналов пуска защит от вводного и
секционного выключателей, формирует сигнал на отключение этих выключателей. При срабатывании датчиков дуги в отсеке ввода/вывода ячейки ВВ-6,6 (6,3) кВ блок «ДУГА-БЦ»
формирует сигнал на отключение силового трансформатора и ВВ-6,6 (6,3) кВ, при дуговом замыкании в отсеке ВЭ ячейки ВВ-6,6 (6,3) кВ блок «ДУГА-БЦ» формирует сигналы на
отключение силового трансформатора и СВ-6,6 (6,3) кВ с запретом АВР.

2.1.6 Логическая защита шин 6,6 (6,3) кВ

Для защиты шин 6,6 (6,3) кВ применяется логическая защита шин, блокирующая быстродействующую защиту ВВ-6,6 (6,3) кВ при КЗ на отходящем присоединении и разрешающая ее работу при КЗ на сборных шинах. Блокировка осуществляется сигналами «Пуск МТЗ» от устройств защит отходящих линий. ЛЗШ собирается по последовательной схеме для возможности контроля цепей ЛЗШ.

2.1.7 Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ)

Предусматривается организация УРОВ-6,6 (6,3) кВ, который предназначен для отключения с выдержкой времени вышестоящего выключателя при отказе своего выключателя.
Сигнал УРОВ формируется при срабатывании защиты и наличии тока через выключатель. При отказе выключателей отходящих линий 6,6 (6,3) кВ формируется сигнал УРОВ на отключение вводного выключателя секции шин и секционного выключателя, при отказе секционного выключателя формируется сигнал на отключение обоих вводных выключателей, при отказе вводного выключателя секции шин формируется сигнал на отключение секционного выключателя и на отключение силового трансформатора через комплект основной защиты. При отказе выключателя 110 кВ трансформатора формируется сигнал на отключение трансформатора со всех сторон через комплект основной защиты. Отключение поврежденного трансформатора при отказе выключателя 110 кВ производится защитами линий 110 кВ.

2.1.8 Автоматическая частотная разгрузка (АЧР)

Автоматическая частотная разгрузка применяется с целью ликвидации дефицита активной мощности путем автоматического отключения потребителей при снижении частоты
(АЧР) с последующим автоматическим повторным включением отключенных потребителей при восстановлении частоты (ЧАПВ). Для реализации данных функции предусматривается установить 2 шкафа типа «ШЭЭ224 0611» на основе терминалов ЭКРА 221 0201. Каждый комплект обеспечивает АЧР в количестве 3 очередей с последующим ЧАПВ (по факту восстановления частоты).

Выбор очереди АЧР для терминала защиты отходящего фидера производится посредством переключателя, устанавливаемого в ячейке каждого присоединения.

2.2 Регистрация аварийных событий.

Для выполнения функций регистрации аварийных событий на подстанции предусматривается установка шкафа типа «ШЭЭ 233 153» на основе терминала «ЭКРА 232», который обеспечивает сбор хранение и возможность передачи на верхний уровень данных об аварийных ситуациях.

2.3 Управление, сигнализация, оперативная блокировка и питание оперативных цепей.

Управление и сигнализация положения основных коммутационных аппаратов предусматривается со щита управления. На щите управления нанесена мнемосхема, на которой
расположены индикаторы положения разъединителей и заземляющих ножей, сигнальные лампы положения выключателей, переключатели для управления выключателями, а также щитовые приборы для измерения электрических величин. Проектом предусматривается установка шкафа центральной сигнализации. В шкафу предусматривается организация трех участков сигнализации: первый — ОРУ-110 кВ и ОПУ, второй — КРУМ-6,3 кВ, третий — КРУМ-6,6 кВ. Для каждого из участков организуются импульсные шинки аварийной и предупредительной сигнализации а так же сбор дискретных сигналов.

Для питания цепей оперативной блокировки разъединителей проектом предусматривается установка комплекта питания цепей ОБР в составе щита управления. Комплект питания цепей оперативной блокировки обеспечивает гальваническую развязку цепей питания и цепей ОБР. Сигналы разрешения управления каждым разъединителем формируются путем последовательного соединения контактов положения коммутационных аппаратов, фактическое положение которых необходимо учитывать при переключении соответствующего разъединителя или заземляющего ножа.