Расчет защиты для линии электропередач 500 кВ

1. Выбор типа и основных параметров элемента защиты Рисунок 1 — Схема элемента защиты Таблица 1.1 — Параметры элемента защиты

Таблица 1.2 — Характеристики проводов

Таблица 1.3 — Характеристики тросов

Таблица 1.3 — Характеристики опор

Таблица 1.4 — Характеристики трансформаторов

Таблица 1.5 — Характеристики генератора

2. Расчет схемы замещения элемента сети

2.1 Расчет удельных параметров прямой последовательности Расчет параметров генератора:

Расчет параметров линии:

Удельное активное сопротивление прямой последовательности R1уд, Ом/км, рассчитываем по формуле

(2.1)

где — температура окружающей среды, ;

— удельное активное сопротивление проводов.

При расщеплении фазы на 3 провода активное сопротивление R1уд уменьшается в 3 раза.

Удельное индуктивное сопротивление прямой последовательности X1уд, Ом/км рассчитаем по формуле

(2.2)

где — среднее геометрическое расстояние между проводами;

— средний геометрический радиус проводов одной системы.

для опор типа ПБ — 500 — 1:

где — расстояние между проводами фаз, А и В;

— расстояние между проводами фаз В и С;

— расстояние между проводами фаз С и А.

где, , — расстояния от уровня земли до проводов фаз А, В, С;

, — координаты до проводов фаз А, В, С относительно центра опоры.

где — радиус расщепления проводов в фазе:

— диаметр провода;

n — количество проводов в фазе.

2.2 Расчет удельных параметров нулевой последовательности линии Удельное активное сопротивление нулевой последовательности без учета троса, Ом/км, рекомендуется рассчитывать по формуле

(2.4)

Удельное индуктивное сопротивление нулевой последовательности, Ом/км, рекомендуется рассчитывать по формуле

(2.5)

где — эквивалентная глубина возврата тока через землю;

— средний геометрический радиус системы трех проводов линии;

— среднее геометрическое расстояние между проводами, рассчитанное в пункте 2.1

для опор типа ПБ-500−1:

Удельное активное сопротивление для двух тросов, Ом/км, рекомендуется рассчитывать по формуле

(2.6)

где — удельное активное сопротивление троса;

— количество тросов.

Удельное реактивное сопротивление для двух тросов, Ом/км, рекомендуется рассчитывать по формуле

(2.7)

где — средний геометрический радиус тросов.

Удельное полное сопротивление взаимной связи, Ом/км, рекомендуется определять по формуле где — среднее геометрическое расстояние между тросами и проводами. Величина для симметрично расположенных тросов может быть рассчитана

;

— расстояние между тросом и фазой А;

— расстояние между тросом и фазой В;

— расстояние между тросом и фазой С.

Удельное полное сопротивление линии с учетом частозаземленного троса, Ом/км, будет равно Построим схему замещения, с указанием всех основных параметров (рис. 2):

Рисунок 2 — схема замещения элемента защиты.

3. Расчет основных режимов короткого замыкания

3.1 Расчет базисных величин Выберем базисные условия, в качестве базисных возьмем параметры генератора:

Определим параметры генератора при базисных условиях:

Определим параметры трансформатора при базисных условиях:

Определим параметры линии при базисных условиях:

Определим параметры нагрузки при базисных условиях:

Построим схему замещения элемента защиты при базисных условиях (рис. 3)

Рисунок 3 — схема замещения элемента защиты при базисных условиях, с указанием мест повреждения.

3.2 Расчет основных токов короткого замыкания

· Для точки K1 рассчитаем ток при трехфазном замыкании:

· Для точки K2 рассчитаем трехфазное замыкание:

· Для точки K2 рассчитаем ток при однофазном замыкании:

Построим схему замещения повреждения через симметричные составляющие (рис. 4)

Рисунок 4 — схема замещения элемента защиты при однофазном замыкании.

Найдем ток при однофазном замыкании на противоположном конце контролируемой линии:

где

· Для точки K2 рассчитаем ток при междуфазном замыкании:

Построим схему замещения повреждения через симметричные составляющие (рис. 5)

Рисунок 5 — схема замещения элемента защиты при междуфазном замыкании.

Найдем ток при междуфазном замыкании на противоположном конце контролируемой линии:

где

· Для точки K2 рассчитаем ток при двухфазном замыкании на землю:

Построим схему замещения повреждения через симметричные составляющие (рис. 6)

Рисунок 6 — схема замещения элемента защиты при двухфазном замыкании на землю.

Найдем ток при двухфазном замыкании на землю на противоположном конце контролируемой линии где

4. Выбор защиты В качестве основной выбрал дифференциально-фазную защиту линии типа «Бреслер ШЛ 2704.5X». Это защита с абсолютной селективностью и предназначена для защиты двухконцевых или многоконцевых линий электропередачи.

Система ДФЗ состоит из нескольких комплектов, устанавливаемых по концам воздушной линии и, при необходимости, на ответвительных подстанциях. Устройство полукомплекта защиты для одной стороны ВЛ состоит из терминала защиты и соответствующей аппаратуры ВЧ — связи, обеспечивающей передачу высокочастотных сигналов на другую сторону защищаемой линии по фазным проводам или по проводящим тросам.

5. Расчет уставок защиты

5.1 Выбор уставок и проверка чувствительности измерительных органов ДФЗ

5.1.1 Расчет уставки и проверка чувствительности измерительного органа тока обратной последовательности Уставку отключающего ИО тока обратной последовательности отстраивают от расчетного тока, учитывающего ток небаланса в максимальном нагрузочном режиме

(5.1)

(5.2)

защита короткий замыкание ток где kЗ=2.0 — коэффициент запаса, учитывающий отстройку от тока небаланса в нагрузочном режиме;

kН=1.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

I2нб = k2нбIраб. макс — ток небаланса, вызываемый погрешностью трансформаторов тока;

k2нб = 0.020.03 — коэффициент, определяющий ток небаланса по обратной последовательности;

Iраб.макс — максимальный рабочий ток в месте установки полукомплекта;

I2несим 0.05Iраб.макс — ток небаланса, вызываемый несимметрией нагрузки.

Для расчета Iраб. макс зададимся условием, что .

;

;

Проверим коэффициент чувствительности:

(5.3)

где I2мин — минимальное значение тока обратной последовательности при расчетном виде КЗ.

Расчетным видом повреждения является однофазное КЗ в конце зоны действия защиты.

;

5.1.2 Расчет уставки и проверка чувствительности измерительного органа приращения вектора тока обратной последовательности ДI2

В случае с измерительным органом по приращению тока обратной последовательности нет необходимости отстраивать уставку от тока небаланса, вызываемого несимметрией нагрузки. Поэтому уставку этого органа принимаем равной уставке I2уст, рассчитанной в симметричном режиме работы линии (при I2несим = 0)

(5.4)

Где |ДI2мин| - минимальное значение приращения вектора тока обратной последовательности в месте установки полукомплекта при расчетном виде КЗ.

Расчетным видом повреждения является однофазное КЗ в конце зоны действия защиты.

5.1.3 Расчет уставки и проверка чувствительности отключающего токового органа при использовании тока нулевой последовательности (I2+I0)

Уставка по нулевой последовательности отстраивается от расчетного тока, учитывающего небаланс в максимальном нагрузочном режиме

(5.5)

(5.6)

где kЗ = 2.0 — коэффициент запаса, учитывающий отстройку от тока небаланса в нагрузочном режиме;

kН = 1.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

I0нб = k0нбIраб. макс — ток небаланса, вызываемый погрешностью трансформатора тока;

k0нб = 0.0070.010 — коэффициент, определяющий ток небаланса по нулевой последовательности;

I0несим 0.01Iраб.макс — ток небаланса, вызываемый несимметрией нагрузки.

Уставку принимают равной

(5.7)

Коэффициент чувствительности kч определим при однофазном и двухфазном КЗ на землю:

(5.8)

где (I2+I0)мин — минимальная арифметическая сумма токов обратной и нулевой последовательностей в месте установки полукомплекта при КЗ в конце зоны действия защиты.

Определим по однофазному КЗ на землю:

5.1.4 Расчет уставки и проверка чувствительности измерительного органа тока прямой последовательности I1

Уставки и ток срабатывания отключающего ИО по току прямой последовательности отстраивают от максимального рабочего тока в месте установки защиты Iраб. макс

(5.9)

(5.10)

где kз = 1.4 — коэффициент запаса;

kН = 1.1 1.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

Iраб.макс — максимальный рабочий ток в месте установки полукомплекта.

Чувствительность ИО тока прямой последовательности проверяют по выражению

(5.11)

где I1мин — минимальный ток прямой последовательности в месте установки полукомплекта при трехфазном КЗ в конце зоны действия защиты.

5.1.5 Расчет уставки и проверка чувствительности измерительного органа приращения вектора тока прямой последовательности ДI1

Уставка ИО по приращению тока прямой последовательности должна быть отстроена от тока нагрузки, для того, чтобы при замыкании в транзит при максимальной нагрузке не было срабатывания данного отключающего органа. Кроме того, должна обеспечиваться достаточная чувствительность при минимальном токе 3-х фазного КЗ в конце линии.

(5.12)

где kз = 1.4 — коэффициент запаса;

kН=1.11.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

Iраб.макс — максимальный рабочий ток, протекающий в месте установки полукомплекта.

Коэффициент чувствительности ИО по приращению тока прямой последовательности проверяют из условия:

(5.13)

где |ДI1мин| - модуль минимального приращения вектора тока прямой последовательности при трехфазном КЗ в конце зоны действия защиты.

(5.14)

Практика показывает, что выбранная данным способом уставка чаще всего не удовлетворяет требованиям чувствительности. В этом случае уставку можно выбрать исходя из условия обеспечения требуемой чувствительности данного органа

. (5.14)

5.1.6 Выбор уставки и проверка чувствительности измерительного органа напряжения обратной последовательности U2

На длинных линиях с малыми токами замыкания на землю пуск ВЧ передатчика может осуществляться от ИО, реагирующего на напряжение обратной последовательности.

Уставку реле напряжения обратной последовательности выбирают по условию отстройки от напряжений небаланса и несимметрии системы:

(5.15)

(5.16)

где kЗ = 2.0 — коэффициент запаса;

kН = 1.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

U2нб 0.01Uном — напряжение небаланса обратной последовательности, обусловленное погрешностями трансформаторов напряжения и фильтра напряжения обратной последовательности;

U2несим 0.01Uном — напряжение обратной последовательности, обусловленное несимметрией в системе.

Напряжение небаланса в системе обычно составляет около 5% от номинального. Поэтому уставку ИО напряжения обратной последовательности выберем из условия:

(5.17)

где Uном — номинальное напряжение.

Чувствительность защиты проверяется из условия:

(5.18)

где U2, I2 — расчетные напряжение и ток обратной последовательности в месте установки полукомплекта при расчетном виде повреждения в конце зоны действия защиты;

— сопротивление компенсации обратной последовательности.

В качестве расчетного вида повреждения принимаем однофазное КЗ.

5.1.7 Расчет уставки и проверка чувствительности отключающего реле сопротивления Уставку отключающего реле сопротивления выбирают по условию отстройки от минимального сопротивления в месте установки полукомплекта в максимальном нагрузочном режиме.

(5.19)

где — минимальное сопротивление в максимальном нагрузочном режиме;

Uраб.мин=(0.80.9)Uном — минимальное рабочее напряжение защищаемой линии;

Uном — номинальное напряжение линии;

kН = 1.2 — коэффициент надежности;

kВ — коэффициент возврата реле;

м.ч — угол максимальной чувствительности реле сопротивления, принимаемый равным углу защищаемой линии ;

Rлинии и Xлинии — соответственно активное и реактивное сопротивления защищаемой линии;

раб — максимальный угол нагрузки, который обычно принимают равным раб=(3040)°.

Коэффициент чувствительности реле сопротивления kч должен удовлетворять условию:

(5.20)

6. Выводы по расчету В данной курсовой работе были рассчитаны основные виды коротких замыканий, в начале и в конце защищаемой линии. Были приведены все необходимые расчеты при выборе параметров электрической системы.

В качестве основной защиты для линии электропередач 500 кВ выбрал дифференциально-фазную защиту линии типа «Бреслер ШЛ 2704.5Х» и для нее рассчитал уставки, проверил чувствительность защиты.

7. Список литературы

1. «Справочник по электрическим сетям 35−1150 кВ», Д. Л. Файбисович, И. Г. Карапетян, М.: ОАО Институт «Энергосетьпроект», 2008 — 109 с.

2. «Электропитающие системы и электрические сети», методические указания к курсовому проекту, И. Г. Злобина, Н. А. Кокорев, Г. А. Осипенко, Чебоксары, 2010 — 64 с.

3. «Электрические системы и сети», В. И. Идельчик, М: Энергоатомиздат, 1989 — 592 с.

4. Федосеев А. М., Федосеев М. А. «Релейная защита электроэнергетических систем», учебник для вузов, М.: Энергоатомиздат, 1992 — 528 с.

5. Атабеков Г. И. «Теоретические основы релейной защиты высоковольтных сетей», Москва, Государственное энергетическое издательство, 1957 — 344 стр.

6. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 9. Дифференциально-фазная высокочастотная защита линий 110−330 кВ. — М.: Энергия, 1972.

7. Чернобровов Н. В., Семенов В. А. «Релейная защита энергетических систем», учебное пособие для техникумов, М.: Энергоатомиздат, 1998 — 800 с.

Приложение А. Схема защиты.