Проектирование дистанционных защит параллельных и одиночной ЛЭП

2.3.1. Трехступенчатая ДЗ в данном курсовом проекте применяется в качестве резервной к продольной дифференциальной защите от междуфазных КЗ на параллельных линиях 110 кВ. Расчет параметров срабатывания выполнен для защит 1 и 3, установленных на линии Л1. Уставки защит 2 и 4, установленных на линии Л2, идентичны.

На смежных с параллельными линиями элементах, имеются следующие устройства релейной защиты и автоматики:

1) в распределительных устройствах 110 кВ электростанции “А” и подстанции “Б” имеется УРОВ со временем действия t_УРОВ = 0.3 с;

2) КЗ на шинах 110 кВ отключаются быстродействующими защитами со временем действия t_{сз.быст} = 0,1 с;

3) Время срабатывания резервных защит Т4(5): t = 1.7 с;

4) Время срабатывания резервных защит Т6(7): t = 1.9 с;

5) Выдержка времени ДЗ автотрансформатора, направленной в сторону системы С1, равна t =4.5 с;

6) Выдержка времени ДЗ в системе С2, направленной в сторону системы С2, равна t =3.6 с.

 

Дистанционная защита с использованием шкафа ШЭ2607 имеет ряд особенностей. Две первые ступени ДЗ шкафа имеют характеристики измерительных органов в виде четырёхугольников, вытянутых вдоль оси активных сопротивлений. Верхняя граница характеристики – горизонтальная линия, правая граница параллельна оси сопротивления линии. Левая и нижняя границы образуют небольшой регулируемый угол с осями X и R соответственно. Характеристика третьей ступени представляет собой усечённый параллелограмм, расположенный в первом и втором квадрантах. Характеристики измерительных органов ДЗ шкафа ШЭ2607 приведены на рис. 2.3.

Рис. 2.3 Характеристики измерительных органов ДЗ шкафа ШЭ2607

 

Поясняющая схема для расчета ДЗ, представлена на рис. 2.4.

2.3.2 Выбор уставок производится на основе анализа расчетных условий, приведенных в табл. 2.7.

Рис. 2.4. Поясняющая схема для расчета ДЗ

 

 

Таблица 2.7. Обоснование выбора уставок дистанционной защиты линий

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчётное условие	Расчётное выражение		Примечание
	Несрабатывание при внешних КЗ	1 Отстройка от внешнего металлического КЗ на шинах противоположной подстанции и за трансформатором ответвления		(2.5)     (2.6)
	Срабатывание при внутренних КЗ	2 Обеспечение требуемой чувствительности к КЗ через переходное сопротивление в конце зоны действия ступени		(2.7)
	Несрабатывание в режимах без КЗ	3 Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей		(2.8)
	Рекомендуемое ограничение ширины характеристики			(2.9)
	Несрабатывание при внешних КЗ через переходное сопротивление	4 Отстройка от вектора сопротивления при КЗ через переходное сопротивление в конце ЛЭП		(2.10)
	Несрабатывания при внешних КЗ в зоне действия быстродействующих защит смежных элементов	5 Отстройка от времени срабатывания быстродействующих защит смежных элементов с учетом действия УРОВ		(2.11)	Δ t = 0, 3t УРОВ = 0, 3

 

Продолжение таблицы 2.7

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчётное условие	Расчётное выражение		Примечание
	Несрабатывания при внешних КЗ за зоной действия быстродействующих защит смежных элементов	6 Отстройка от внешнего КЗ в конце зоны действия первой ступени ДЗ смежной ЛЭП		(2.12)
		7 Отстройка от КЗ в конце зоны действия первой ступени ДЗ, установленной на противоположном конце параллельной ЛЭП при каскадном отключении повреждения на ней		(2.13)
		8 Отстройка от КЗ на шинах CН трансформатора противоположной подстанции		(2.14)
		9 Отстройка от КЗ на шинах НН трансформатора ответвительной подстанции		(2.15)
	Срабатывание при внутренних КЗ	10 Обеспечение требуемой чувствительности к КЗ через переходное сопротивление в конце линии		(2.16)
	Несрабатывание в режимах без КЗ	11 Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей		(2.17)	-
	Рекомендуемое ограничение ширины характеристики	-		(2.18)

 

 

Продолжение таблицы 2.7

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчётное условие	Расчётное выражение		Примечание
	Несрабатывание при внешних КЗ	12 Отстройка от времени срабатывания последней ступени ДЗ смежной ЛЭП		(2.19)
		13 Отстройка от времени срабатывания резервной защиты трансформатора противоположной п/ст		(2.20)
	Несрабатывание в режимах без КЗ	14 Отстройка от угла наклона вектора сопротивления в нагрузочном режиме		(2.21)
	Срабатывание при КЗ в зонах дальнего резервирования	15Обеспечение чувствительности при металлических КЗ в зоне дальнего резервирования		(2.22)
	По техническим возможностям панели	-		(2.23)
	Срабатывание при КЗ в зонах дальнего резервирования	16 Обеспечение чувствительности при КЗ через переходное сопротивление в зонах дальнего резервирования		(2.24)
		Обеспечение чувствительности не менее чем у микроэлектронных защит		(2.25)
	По техническим возможностям панели	-		(2.26)
	Срабатывание при внутренних КЗ	Обеспечение требуемой чувствительности к КЗ через переходное сопротивление в зонах дальнего резервирования		(2.27)

Расчет токов КЗ произведен на ЭВМ, протокол расчета приведен в приложении 6. Коэффициенты токораспределения и значения токов КЗ, необходимые для определения уставок и оценки чувствительности, приведены в табл. 2.8.

 

Таблица 2.8. Токи КЗ и коэффициенты токораспределения, необходимые при расчете параметров срабатывания и оценке чувствительности ДЗ

 

Табл. 2.8. Токи КЗ и коэффициенты токораспределения

1(2)

№ защиты	Место и вид КЗ по рис. 2.4	Режим по табл. 1.2	№ узла КЗ по рис. 2.4	Обозначение тока в схеме на рис. 2.4	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспределения
1(2)	К 2(3)	I-1Б	28			1
	К 3(2)	I-4	17		1.105	-
	К 4(3)	I-2	31			1
	К 5(3)	I-2	41		1.248	0.48
					1.293
					1.293
	К 5(3)	I-3	41			0,5
	К 6(3)	I-3-2А	12			1
	К 1(2)	I-4	21		0.86	-
	К 2(3)	I-4	28		0.320	0.49
					0.647
	К 4(3)	I-4	31		0.693	0.5
					1.385
	К 12(3)	I-4	38		0.413	0.49
					0,848
	К 6(3)	I-4-2А	12		0,986	0.44
					2.266
	К 2(2)	I-4	28		0.274	-
	К 4(2)	I-4	31		0.587	-
	К 12(2)	I-4	38		0.350	-
	К 5(2)	I-4	41		0,373	-
	К 6(2)	I-4-2А	12		0.836	-

 

Продолжение таблицы 2.8

№  ащиты	Место и вид КЗ по рис. 2.4	Режим по табл. 1.2	№ узла КЗ по рис. 2.4	Обозначение тока в схеме на рис. 2.4	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспределения
3(4)	К 2(3)	I-1А	28			1
	К 7(2)	I	13		1,103	-
	К 7(2)	I-1А-3	13		1,344	-
	К 8(3)	I-4-2Б	20		0,876	0,38
					2,291
	К 9(2)	I	6		0,778	-
	К 10(3)	I-2	1		0,863	0,72
					1,192
	К 2(3)	I-2	28		0,245	0,37
					0,66
	К 11(3)	I	4		0,324	0,32
					1,01
	К 8(3)	I-2Б	20		0,795	0,31
					2,552
	К 2(2)	I-2	28		0,214	-
	К 11(2)	I	4		0,285	-
	К 10(2)	I	1		0,433	-
	К 8(2)	I-2Б	20		0,695	-

 

Определение переходного сопротивления дуги осуществляется по выражению: 

                                              (2.28)

Где - минимальный ток двухфазного КЗ;

- среднее расстояние между фазными проводами ЛЭП;

-коэффициент увеличения.

Определение переходного сопротивления дуги приведено в табл.2.9.

 

 

Таблица 2,9, Определение переходного сопротивления дуги

№ защиты	№ ступени	Место и вид КЗ по рис. 2.4	Режим по табл. 1.2	Значение тока, кА	Значение	Расчёт
1(2)		К 3(2)	I-4	1,105	1,5
		К 1(2)	I-4	0,86	3
		К 2(2)	I-4	0,274	6
3(4)		К 7(2)	I	1,103	1,5
		К 9(2)	I	0,778	3
		К 2(2)	I-2	0,214	6

 

Определение полного сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей осуществляется по выражению:

                                                   (2.29)

Где - переток мощности по ЛЭП;

- номинальное напряжение сети;

-коэффициент самозапуска электродвигателей; .

Активное и реактивное сопротивления нагрузки определяются по выражениям:

                                                   (2.30)

                                                    (2.31)

Где ,

Определение полного сопротивления нагрузки приведено в табл.2.10.

 

Таблица 2.10. Определение сопротивлений нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей

№ защиты	Сопротивление	, МВА	Расчёт
1(2)	Zнагр,мин	152
	Xнагр,мин
	Rнагр,мин
3(4)	Zнагр,мин	20
	Xнагр,мин
	Rнагр,мин

Расчёт параметров срабатывания дистанционных защит приведён в табл. 2.11.

 

Таблица 2.11. Расчёт параметров срабатывания дистанционных защит

№ защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл. 2.7	Режим; место и вид КЗ по табл. 2.8	РВ по табл. 2.7	или по табл. 2.8	Расчёт	Принятое значение, Ом
1(2)		1	-	(2.5)	1		10,5
			I-1Б К 2(3)	(2.6)	1
		2	I-4 К 3(2)	(2.7)	1,105		7,875
		3	-	(2.8)	-
			-	(2.9)	-
		4	-	(2.10)	-
		5	-	(2.11)	-		0,7
		6	I-2 К 4(3)	(2.12)	1		18,52
		7	I-3-2А К 6(3)	(2.13)	1

 

 

Продолжение таблицы 2.11

№ защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл. 2.7	Режим; место и вид КЗ по табл. 2.8	РВ по табл. 2.7	или по табл. 2.8	Расчёт	Принятое значение, Ом
1(2)		8	I-2 К 5(3)	(2.14)	0.48
		8	I-3 К 5(3)	(2.14)	0,5
		9	I-1Б К 2(3)	(2.15)	1
		10	I-4 К 1(2)	(2.16)	0,86		13,89
		11	-	(2.17)	-
			-	(2.18)	-
		12		(2.19)			4,2
		13		(2.20)
		14		(2.21)			42
		15	I-4 К 4(3)	(2.22)	0,5		224,37
			I-4 К 2(3)		0,49
			I-4 К 12(3)		0,49
			I-4-2А К 6(3)		0,44
				(2.23)

 

Продолжение таблицы 2.11

№ защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл. 2.7	Режим; место и вид КЗ по табл. 2.8	РВ по табл. 2.7	или по табл. 2.8	Расчёт	Принятое значение, Ом
1(2)		16	I-4 К 2 (2)	(2.24)	0,274		237,83
				(2.25)
				(2.26)
				(2.27)			74,3
3(4)		1	-	(2.5)	-		10,5
			I-1А К 2(3)	(2.6)	1
		2	I К 7(2)	(2.7)	1,365		7,88
		3	-	(2.8)	-
			-	(2.9)	-
		4	-	(2.10)	-
		5	-	(2.11)	-		0,7
		7	I-4-2Б К 8(3)	(2.13)	0,38		26,42

 

 

Продолжение таблицы 2.11

№ защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл, 2,7	Режим; место и вид КЗ по табл, 2,8	РВ по табл, 2,7	или по табл, 2,8	Расчёт	Принятое значение,Ом
3(4)		8	I-2 К 10(3)	(2,14)	0,72
		9	I-1А-3 К 2(3)	(2,15)	1
		10	I К 9(2)	(2,16)	0,778		19,81
		11	-	(2,17)	-
			-	(2,18)	-
		13		(2,20)			4,8
		14		(2,21)			42
		15	I-2 К 2(3)	(2,22)	0,37		291,5
			I К 11(3)		0,32
			I-2Б К 8(3)		0,31
				(2,23)

 

Продолжение таблицы 211

№ защиты	Параметр срабатывания	РУ по табл. 2.7	Режим; место и вид КЗ по табл. 2.8	РВ по табл. 2.7	или по табл. 2.8	Расчёт	Принятое значение,Ом
3(4)		16	I-2Б К 8(2)	(2.24)	0,695		309
				(2.25)
				(2.26)
				(2.27)			67,6

 

 

2.3.3. Оценка чувствительности ДЗ при металическом КЗ производится только для вторых ступеней, так как третьи ступени были выбраны из условия обеспечения требуемой чувствительности. Защита является чувствительной, если выполняется условие:

                                                                                         (2.32)

где                                                                                                             (2.33)

Оценка чувствительности ДЗ приведена в табл. 2.12.

 

Таблица 2.12. Оценка чувствительности ДЗ по параметру срабатывания

№ защиты	Ступень
1(2)		18,52	12,35		1,25
3(4)		26,42	12,35		1,25

 

       Вторые ступени защит 1 и 3 обладают требуемой чувствительностью при КЗ в конце защищаемой линии.

      Чувствительность ДЗ по току точной работы оценивается коэффициентом чувствительности:

                                             (2.34)

где - первичный ток КЗ через защиту в расчетном режиме;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

I_Т,Р – вторичный ток точной работы

Защита является чувствительной, если выполняется условие:

                                                                                      (2.35)

     Шкаф защиты ШЭ 2607 016 имеет ток точной работы 0,1I_н, то есть 0,5 А для шкафа с I_н =0,5 А

     Для второй ступени коэффициент чувствительности проверяется при КЗ в конце защищаемой линии, а для третьей ступени при КЗ в зонах дальнего резервирования

     Оценка чувствительности ДЗ по току точной работы приведена в табл. 2.13.

 

Таблица 2.13. Оценка чувствительности ДЗ по току точной работы

№ защиты	№ ступени	Режим, вид и место КЗ	, А	kЧТР	Примечание
1(2)	II	I-4 K1(2)	860
	III	I-4 K4(2)	583
		I-4 K2(2)	274
		I-4 K12(2)	350
		I-4-2А K6(2)	836
3(4)	II	I K9(2)	778
	III	I-2 K2(2)	214
		I K11(2)	285
		I-2Б K8(2)	695

Выбранные уставки ДЗ для защит 1(2) и 3(4) обеспечивают требуемую чувствительность второй ступени в конце защищаемой линии и третьей ступени в конце зоны дальнего резервирования по параметру срабатывания и току точной работы.

2.3.4. Необходимость блокировки от качаний определяется:

· местоположением электрического центра качаний по отношению к защищаемой зоне проектируемой защиты;

· выдержкой времени ступени ДЗ, для которой проектируется блокировка.

Блокировка первой и второй ступеней используется в том случае, если электрический центр качаний находится в пределах зоны действия соответствующей ступени защиты. Третья ступень обычно не блокируется, поскольку её выдержка времени превышает возможную в энергосистеме длительность периода качаний.

Определение положения электрического центра качаний приведено в приложении 7.

В результате расчёта получилось, что электрический центр качаний попадает в зону действия I и II ступеней защит 1(2) и 3(4), поэтому для этих защит необходима блокировка. Третьим ступеням блокировка не требуется, т.к. они отстроены от режима качаний по времени.

Пуск блокировки при качаниях выполняется от чувствительного и грубого реле, контролирующих скорость изменения во времени векторов токов обратной DI₂ и прямой DI₁ последовательностей.

Уставки срабатывания БК по изменению DI₂ находятся в диапазоне от 0,04 до 1,5I_ном для чувствительного реле и от 0,06 до 2,5I_ном для грубого.

Уставки срабатывания БК по изменению DI₁ находятся в диапазоне от 0,08 до 3I_ном для чувствительного реле и от 0,12 до 5I_ном для грубого.

За величину тока срабатывания принимается граничное значение изменения тока, при превышении которого срабатывание происходит каждый раз из десяти следующих друг за другом измерений.

Выбор уставок чувствительного DI₂ и грубого DI₁ органов, а также времени ввода и вывода первых и вторых ступеней защит приведен в табл. 2.14.

Таблица 2.14. Обоснование выбора уставок блокировки при качаниях

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчетное условие (РУ)	Расчётное выражение (РВ)		Примечание
	По возможностям терминала			(2.36)
	Несрабатывания в режимах без КЗ	1.Устоичивый возврат в исходное состояние (в режиме качаний) после отключения внешнего КЗ		(2.37)
	По возможностям терминала			(2.38)
	Несрабатывания в режимах без КЗ			(2.39)
	По возможностям терминала			(2.40)
	Несрабатывания в режимах без КЗ			(2.41)

 

Продолжение таблицы 2.14

Параметр срабатывания	Задаваемая функция	Расчетное условие (РУ)	Расчётное выражение (РВ)		Примечание
	По возможностям терминала			(2.42)
	Несрабатывания в режимах без КЗ			(2.43)
	Согласно с рекомендацией			(2.44)
	Несрабатывания при возникновении несимметрии в системе во время качаний	2. Отстройка от времени срабатывания резервных защит смежных элементов с учетом АПВ