Расчет релейной защиты двухцепной линии электропередач 110кВ

Содержание Выбор типа и основных параметров элемента защиты Расчет схемы замещения элемента сети Расчет основных режимов короткого замыкания Выбор защиты Расчет уставок защиты Выводы по расчету Список литературы

Выбор типа и основных параметров элемента защиты

Таблица 1 — Характеристики сталеалюминевых проводов (ГОСТ 839−80Е)

Выбор сечения проводов ЛЭП:

по условию потери энергии на корону сечения проводов должны быть не менее минимально допустимых значений, установленных правилами (2) для ЛЭП разных напряжений: 110 кВ -70 мм2.

Также следует помнить, что для каждой ступени номинального напряжения ЛЭП возможно применять провода напряжением не выше: 110 кВ и 150 кВ — 240 мм².

При выборе марок проводов на вновь сооружаемых линиях напряжением 110кВ и выше применяются сталеалюминиевые провода.

В районах с толщиной стенки гололеда до 20 мм² при площади сечения до 185 мм2 — с отношением А: С = 6,0 …6,25(3)

Таблица 2 — Унифицированные и типовые железобетонные опоры 110 кВ

Расчет удельного полного сопротивления ЛЭП:

Погонное реактивное сопротивление прямой (обратной) последовательности рассчитываем для одной цепи по формуле (для линий х2=х1.):

Ом/км;

м;

Rпр — радиус провода, см;

Полное сопротивление провода прямой (обратной) последовательностей:

=40()=7,92+j16,5 216, Ом Погонное сопротивление нулевой последовательности линий равно:

Ом/км;

где Dз-эквивалентная глубина возврата тока через землю, м;

Rср-средний геометрический радиус системы проводников трех фаз линии, м.

У трехфазной линии, имеющей по одному проводнику в фазе:

см;

Полное сопротивление провода нулевой последовательности:

=40()=7,92+j57,121 288, Ом При размещении параллельных цепей на двухцепных опорах потокосцепление каждого фазного провода определяется токами обеих цепей. Изменение Х0 из-за влияния второй цепи в первую очередь зависит от расстояния между цепями. Отличие одной цепи при учете и без учета влияния второй цепи не превышает 5−6% и не учитывается при практических расчетах (4).

Активная проводимость линии соответствует двум видам потерь активной мощности: от тока утечки через изоляторы и на корону.

При расчете установившихся режимов сетей до 220 кВ активная проводимость практически не учитывается (4).

Исходя из руководящих указаний, при расчете токов короткого замыкания в сетях 110 кВ можно сделать следующее упрощение: поперечную емкость линии при напряжении 110 кВ и протяженности менее 150 км не учитывать (13).

Таблица 3 — Расчетные данные ВЛ 110 кВ со сталеалюминевыми проводами (на 40 км)

Таблица 4 — Данные о трансформаторах Трансформатор № 1 (соединение обмоток треугольник/звезда с нулем)

Трансформатор № 2 (соединение обмоток звезда с нулем / треугольник)

* У — климатическое исполнение трансформатороы по ГОСТ 15 150–69 и 15 543−70 с дополнительными условиями: среднесуточная температура воздуха не более 30С, среднегодовая температура не более 20С, температура охлаждающей воды не более 25С у входа в охладитель;

Расчет активного, реактивного сопротивлений и проводимости трансформатора № 1:

Ом;

Ом;

См;

См;

Расчет активного, реактивного сопротивлений и проводимостей трансформатора № 2:

Ом;

Ом;

См;

См;

Таблица 5 — Расчетные параметры трансформаторов

Таблица 6 — Технические данные турбогенератора

Таблица 7 — Расчетные параметры турбогенератора

Рассчитаем сопротивление генератора в именованных единицах:

Ом;

Рассчитаем сопротивление системы в именованных единицах:

Ом;

Расчет схемы замещения элемента сети Рисунок 1 — Схема исследуемой электрической системы Составим схему замещения исследуемой системы Рисунок 2 — Схема замещения исследуемой электрической системы (без приведения к базисным величинам) Определим ток, протекающий по линиям в нормальном режиме. Воспользуемся системой относительных единиц. Примем базисную мощность Sб = 100 МВА и базисное напряжение первой ступени Uб1=13,8 кВ. Тогда базисные напряжения ступеней II и III составят:

кВ;

кА;

кВ;

Сопротивления элементов системы при базисных условиях примут значения:

о.е.;

о.е.;

о.е.; (прямая (обратная) последовательность)

о.е.;

о.е.; (нулевая последовательность)

о.е.;

о.е.;

о.е.;

о.е.;

ЭДС генератора при базисных условиях примет значение:

о.е.;

о.е.;

Сведем полученные данные в таблицу.

Таблица 8 — Расчетные данные элементов сети

Найдем ток, протекающий в линии в нормальном режиме:

или в именованных единицах:

кА;

Расчет основных режимов короткого замыкания Для заданной схемы вычислим ток трехфазного короткого замыкания в точке К.

Рисунок 3 — Схема исследуемой системы с указанием места возникновения КЗ

Представим схему замещения цепи:

Рисунок 4 — Схема замещения исследуемой системы при коротком трехфазном замыкании в точке К.

Свернем схему замещения относительно точки К (3):

о. е.;

о.е.;

или в именованных единицах:

кА;

Для определения токов при несимметричных коротких замыканиях воспользуемся правилом эквивалентности прямой последовательности.

Абсолютная величина тока при любом виде короткого замыкания пропорциональна току прямой последовательности в месте короткого замыкания и может быть определена по формуле:

(15)

где m (n) — коэффициент пропорциональности, зависящий от вида короткого замыкания; - ток прямой последовательности для рассматриваемого вида короткого замыкания.

Абсолютная величина тока прямой последовательности в месте короткого замыкания может быть определена по общему выражению:

(16)

где — дополнительное сопротивление, вводимое в схему прямой последовательности, величина которого зависит от вида короткого замыкания.

Значения и m (n) для различных видов короткого замыкания приведены в таблице 9.

Таблица 9

Для заданной схемы вычислим ток двухфазного короткого замыкания в точке К на землю.

Воспользуемся правилом эквивалентности прямой последовательности.

Рисунок 5 — Схема замещения обратной последовательности при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К (не содержит ЭДС генератора и системы)

о. е.;

Рисунок 6 — Схема замещения нулевой последовательности при двухфазном КЗ на землю в точке К

о.е.;

о.е.;

о.е.;

Определим абсолютную величину тока при двухфазном КЗ на землю КЗ:

Рассчитаем m (1,1):

о.е.;

или в именованных единицах:

кА;

Таблица 10 — Расчетные данные сопротивлений прямой, обратной, нулевой последовательностей, а также значение Zдоп и m (n) для всех основных видов коротких замыканий.

Таблица 11 — Расчетные данные токов всех основных видов коротких замыканий в точке К

защита сеть замыкание Для заданной схемы вычислим ток трехфазного короткого замыкания в точке К.

Рисунок 7 — Схема исследуемой системы с указанием места возникновения КЗ

Рисунок 8 — Схема замещения исследуемой системы при коротком трехфазном замыкании в точке К.

Свернем схему замещения относительно точки К (3):

о.е.;

или в именованных единицах:

кА;

Аналогично п. 4.3. для определения токов при несимметричных коротких замыканиях в точке К воспользуемся правилом эквивалентности прямой последовательности.

Для заданной схемы вычислим ток двухфазного короткого замыкания в точке К на землю.

Рисунок 9 — Схема замещения обратной последовательности при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К (не содержит ЭДС генератора и системы) Рисунок 10 — Схема замещения нулевой последовательности при К (2) на землю в точке К

о.е.;

о.е.;

о.е.;

Определим абсолютную величину тока при двухфазном КЗ на землю КЗ. Рассчитаем m (1,1):

о.е.;

Или в именованных единицах:

кА;

Таблица 12 — Данные о рассчитанных сопротивлениях прямой, обратной, нулевой последовательностей для всех видов КЗ в точке К, а также значение Zдоп и m (n) .

Таблица 13 — Расчетные значения токов при всех основных видах КЗ в точке К

Рассмотрим все виды основных коротких замыканий в зоне действия поперечной дифференциальной защиты.

Допустим, короткое замыкание произошло на равном расстоянии от приемных концов линии (в середине ЛЭП).

Рисунок 11 — Схема исследуемой системы с указанием места КЗ Рассчитаем трехфазное КЗ в точке К, составим схему замещения исследуемой системы в этом случае:

Рисунок 12 — Схема замещения исследуемой системы при трехфазном КЗ

Таблица 14 — Расчетные значения полных сопротивлений линий

Преобразуем треугольник в звезду.

При известных сопротивлениях сторон треугольника сопротивления лучей звезды находятся следующим образом:

Прямая (обратная) последовательности:

Нулевая последовательность:

Таблица 15 — Данные о сопротивлениях прямой, обратной и нулевой последовательностей

Рисунок 13 — Схема замещения исследуемой системы при КЗ в середине линии Свернем схему замещения относительно точки К:

о.е.;

или в именованных единицах:

кА;

Для заданной схемы вычислим ток двухфазного короткого замыкания в точке К на землю. Воспользуемся правилом эквивалентности прямой последовательности.

Рисунок 14 — Схема замещения обратной последовательности при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К (не содержит ЭДС генератора и системы) Рисунок 15- Схема замещения нулевой последовательности при КЗ (1,1) на землю в точке К

о.е.;

о.е.;

Определим абсолютную величину тока при двухфазном КЗ на землю КЗ:

Рассчитаем m (1,1):

о.е.;

Или в именованных единицах:

кА;

Таблица 16 — Данные о рассчитанных сопротивлениях прямой, обратной, нулевой последовательностей для всех видов КЗ в точке К.

Таблица 17 — Расчетные значения токов КЗ в точке К при всех основных видах коротких замыканий.

Выбор защиты В качестве основной защиты двухцепной линии электропередач 110 кВ выбрано инеллекуальное электронное устройство (Intellectual Electronic Device — IED) дифференциальной защиты линий RED670*1.0 фирмы ABB Automation Technologies AB.

IED RED670 предназначено для защиты, управления и контроля воздушных и кабельных линий во всех типах сетей. Данное устройство может использоваться на всех уровнях напряжения, в том числе и сверхвысоких. Подходит для защиты тяжело нагруженных линий и многоконцевых линий, в которых требуется как одно-, так и двух-, и трехфазное отключение. Интеллектуальное устройство также подходит для защиты кабельных линий, идущих к блоку «генератор-трансформатор».

Дифференциальная токовая защита обеспечивает оптимальную чувствительность к повреждениям через большое переходное сопротивление и надежный выбор поврежденной фазы.

Интеллектуальное устройство может иметь функции оперативного управления и оперативных блокировок, включая взаимодействие с функцией контроля синхронизма, что позволяет интегрировать различные уровни управления.

Дополнительная логика, конфигурируемая пользователем с помощью графического инструментария, обеспечивает возможность специфического применения, например, автоматическое отключение разъединителей в схемах с несколькими выключателями, включение кольцевых схем выключателей, логика АВР и т. д. Графический инструмент конфигурации позволяет выполнить тестирование и пуско-наладочные работы просто и быстро.

Последовательная передача данных по оптическим каналам связи обеспечивает устойчивость к помехам.

Гибкость применения делает данное устройство наилучшим решением как для новых установок, так и для модернизации существующих.

Рисунок 16 — Пример применения для защиты двухконцевой линии Дифференциальный алгоритм RED670 обеспечивает высокую чувствительность к внутренним замыканиям с сохранением при этом максимальной устойчивости к внешним повреждениям.

Рисунок 17 — Принцип действия поперечной дифференциальной токовой защиты (схема однофазная) Расчет уставок защиты Произведем расчет уставок защиты на основе микропроцессорной защиты RED670.

Уставки для комплекта защиты, находящегося на шинах ПС А.

Ток срабатывания пускового органа выбирается по трем условиям:

А) отстройка от максимального тока небаланса при внешних КЗ производится аналогично выбору тока срабатывания пускового органа комплекта от замыканий на землю:

где Кзкоэффициент запаса, 1,25; - коэффициент однотипности ТТ, 0,5 (для микропроцессорных защит); - погрешность ТТ, 0,1; - 2,0; - максимальный ток повреждения, протекающий по двум линиям при трехфазных КЗ на шинах подстанций, связываемых этими параллельными линиями; - составляющая тока небаланса, обусловленная неравенством токов повреждения, протекающих по линии, С=0.

Б) отстройка от максимального тока нагрузки линии при обрыве соединительных проводов токовых цепей и при оперативном отключении одной из линий со стороны противоположной подстанции где K3=1,2 — коэффициент запаса (надежности) по избирательности; kв=0,95 — коэффициент возврата (для микропроцессорных защит); Iнагр. макс — максимальный ток нагрузки, принимается по длительно допустимому току нагрева проводов линии, при отсутствии данных о Iнагр. макс можно принимать его равным максимальному рабочему току при работе обеих линий (т.е. Iнагр. макс = Iраб. макс =, кА).

3) отстройка от тока неповрежденной фазы при каскадном отключении замыкания между двумя фазами:

При двустороннем питании с током I (2)неп фазы можно не считаться, поскольку можно полагать, что для рассматриваемого случая ток I (2)неп не превышает тока Iнагр.макс.

Уставка срабатывания выбирается по наибольшему из полученных значений токов (пп. А, Б). Таким образом, ток срабатывания защиты равен Icp=кА.

Аналогично произведем расчет уставок для комплекта защиты, расположенного на шинах ПС Б.

В)

Г)

(Iнагр.макс = Iраб. макс =, кА).

Уставка срабатывания выбирается по наибольшему из полученных значений токов (пп. В, Г). Таким образом, ток срабатывания защиты равен Icp=кА.

Определим коэффициент чувствительности.

Коэффициент чувствительности пускового органа комплекта от замыканий между фазами, выполненного только с реле тока, при коротком замыкании в точке одинаковой чувствительности, т. е. точке, где чувствительности реле тока, установленных с разных сторон защищаемых линий, одинакова, определяется по выражению:

где , — фазные токи в защитах с токами срабатывания соответственно, при металлическом замыкании между двумя фазами в точке одинаковой чувствительности в минимальном режиме работы системы.

Произведем расчет мертвой зоны защиты.

При удалении точки короткого замыкания от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток Iр в реле уменьшается так, что при повреждении вблизи шин противоположной подстанции он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка lм.з., при повреждении в пределах которого защита не работает из-за недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифференциальной токовой защиты.

(8).

Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать

Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.

Примем длину мертвой зоны равной .

Проверим, удовлетворяет ли защита данному требованию.

Рисунок 18 — Схема исследуемой системы с указанием места КЗ Рассчитаем трехфазное КЗ в точке К, составим схему замещения исследуемой системы в этом случае:

Рисунок 19 — Схема замещения исследуемой системы при трехфазном КЗ Таблица 14 — Расчетные значения полных сопротивлений линий

Преобразуем треугольник в звезду.

При известных сопротивлениях сторон треугольника сопротивления лучей звезды находятся следующим образом:

Прямая (обратная) последовательности:

Нулевая последовательность:

Таблица 15 — Данные о сопротивлениях прямой, обратной и нулевой последовательностей

Рисунок 20 — Схема замещения исследуемой системы при КЗ в середине линии Свернем схему замещения относительно точки К:

о.е.;

или в именованных единицах:

кА;

Для заданной схемы вычислим ток двухфазного короткого замыкания в точке К на землю. Воспользуемся правилом эквивалентности прямой последовательности.

Рисунок 21 — Схема замещения обратной последовательности при двухфазном коротком замыкании на землю в точке К (не содержит ЭДС генератора и системы) Рисунок 22- Схема замещения нулевой последовательности при КЗ (1,1) на землю в точке К

о.е.;

о.е.;

Определим абсолютную величину тока при двухфазном КЗ на землю КЗ:

Рассчитаем m (1,1):

о.е.;

Или в именованных единицах:

кА;

Таблица 16 — Данные о рассчитанных сопротивлениях прямой, обратной, нулевой последовательностей для всех видов КЗ в точке К.

Таблица 17 — Расчетные значения токов КЗ в точке К при всех основных видах коротких замыканий.

Ток междуфазного короткого замыкания (в результате расчета видно, что он меньше токов КЗ при других видах повреждений), произошедшего в конце зоны действия защиты, больше тока срабатывания защиты, т. е. =кА что больше =кА.

Можно сделать вывод, что мертвая зона защиты меньше 10% длины защищаемой линии, т. е. данная защиты удовлетворяет требованиям основных защит.

Выводы по расчету В данной курсовой работе были рассчитаны все основные виды коротких замыканий в трех точках исследуемой электрической системы. Были приведены все необходимые расчеты и пояснения при выборе параметров электрической системы.

Также была принята в качестве основной защиты для двухцепной линий электропередач напряжением 110 кВ микропроцессорная защита RED670 и для нее были рассчитаны уставки, была проверена чувствительность защиты в точке одинаковой чувствительности, исследована мертвая зона защиты.

Можно сделать вывод, что микропроцессорное устройство RED670 удовлетворяет требованиям, необходимым для защиты данного элемента электрической сети.

«Справочник по электрическим установкам высокого напряжения», И. А. Баумштейн, С. А. Бажанов, М.: Энергоатомиздат, 1989 — 768 с.

«Правила устройства электроустановок», М: ЗАО «Энергосервис», 2002 — 608 с.

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

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

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

Беркович М. А. «Основы техники релейной защиты», М.: Энергоатомиздат, 1984 — 376 с.

Андреев В. А. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения», учебник для вузов, М.: Высшая Школа, 1991 — 496 с.

Кривенков В. В., Новелла В. Н. «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения», учебное пособие для вузов, М.: Энергоатомиздат, 1981 — 328 с.

Чернобровов Н. В., Семенов В. А. «Релейная защита энергетических систем», учебное пособие для техникумов, М.: Энергоатомиздат, 1998 — 800 с Гельфанд Я. С. «Релейная защита распределительных сетей», Москва, Энергоатомиздат, 1987 — 368 стр.

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

Авербух А. М. «Примеры расчетов неполнофазных режимов и коротких замыканий» — 2-е изд. — Л.: Энергия, Ленинград, 1979 — 184 с.

Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 11. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110−750 кВ. — М.: Энергия, 1979 — 152 с.

Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 8. Поперечная дифференциальная направленная защита линий 35−220 кВ.- Москва: Энергия, 1970 с.

Щедрин В. А. «Электромагнитные переходные процессы в электрических системах», учебное пособие — Чебоксары, 2009 — 422 с.

Чернобровов Н. В. «Релейная защита», учебное пособие для техникумов, изд. 5-е, Москва: Энергия, 1974 — 680 с.

www.