Расчет сопротивлений линий прямой последовательности

Исходные данные

Таблица 1 - исходные данные

Длина линий

Система С1

Система С2

L1

L3

L4

L4

L5

L9

L7

SAT1ном

X1 Max/Min

X0 Max/Min

SAT2ном

X1 Max/Min

X0 Max/Min

км

км

км

км

км

км

км

МВА

Ом

Ом

МВА

Ом

Ом

65

40

14

22

50

48

15

2 ´ 200

4 /5

3 / 3.6

2 ´ 125

12 / 13

11 / 12

 

Трансформаторные подстанции
D		C		T5
Sном	Kс.зап.	Sном	Kс.зап.	Sном	Kс.зап.
МВТ	о.е.	МВА	о.е.	МВА	о.е.
10	2.2	16	2.0	6.3	2.2

 

АТ1			АТ2
80 / 0.38	190 / 0.1	2.0 / 1.4	50 / 0.27	150 / 0.06	2.2 / 1.2

 

Л 6 (I. II)				Л 8 (I. II)
9.8 / 1.0	19 / 0.55	100 / 0.13	2.1 / 1.3		9.8 / 1.0	22 / 0.6	100 / 0.11	2.1 / 1.3

 

1.2
Дополнительные исходные данные

 

В этой работе в качестве дополнительных используются следующие данные:

-   все линии электропередач распределительной сети оборудованы маломасляными выключателями с трехфазным приводом;

-   со сборных шин 110 кВ подстанций А, В и С питаются ответственные потребители с преобладанием высоковольтных двигателей, потеря устойчивости которых недопустима. Эти сборные шины оборудованы дифференциальными защитами;

    автотрансформаторы имеют двухступенчатые резервные защиты - дистанционную и нулевой последовательности;

    среднее номинальное напряжение сети 115 кВ;

    сопротивления цепей двухцепных линий одинаковы;

    коэффициенты трансформации автотрансформаторов равны 230/121, регулированием коэффициентов трансформации последних с целью сокращения объема расчетов в курсовом проекте пренебрегаем;

    двухцепные линии могут длительно работать в одноцепном режиме;

    ступень селективности по времени принимается ∆t = 0,4 с;

    уставки времени II ступеней, примыкающих к защищаемой сети линий и I ступеней автотрансформаторов принимается 0,4 с;

    вторичный номинальный ток трансформаторов тока принимается равным 5 А;

    сопротивление прямой и нулевой последовательностей систем приведены к сторонам 220 кВ автотрансформаторов;

    в качестве дистанционной защиты используются комплекты ШДЭ-2802;

    длительное отключение источников питания подстанций А или В не допускается;

    на шинах 220 кВ подстанции А и В имеются ВЛ ЛЭП (на схеме не показаны);

    трансформаторы и автотрансформаторы подстанций А, В и С на сторонах низшего напряжения работают раздельно;

    сопротивления источников подстанций А и В являются эквивалентными, т.е. учитывают сопротивления обходных связей;

    автотрансформаторы снабжены двухступенчатыми резервными дистанционными направленными защитами на сторонах высшего и среднего напряжения, каждая из которых направлена в сторону сети своего напряжения;

 

Рисунок 1 - Схема электрической сети

 

2.
Расчет параметров схемы замещения

Расчет сопротивлений линий прямой последовательности

 

,

,

,

.

 

Расчет сопротивлений систем 1 и 2 прямой последовательности

 

,

,

,

.

 

I ступень

 

1) .

)

 

Берём условие 1 за расчётное.

II ступень

1. Отстройка от направленной токовой отсечки смежной линии 5 (защита 6).

 

 =

 

. Отстройка от короткого замыкания за трансформатором подстанции D (кольцо разомкнуто).

 

.

3. Отстройка от короткого замыкания за трансформатором подстанции T5(кольцо разомкнуто).

 

 

Выберем наименьшее .

Проверка по чувствительности:

 

 - соответствует требованиям чувствительности.

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности.

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне трансформатора Т5.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне п/с D.

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо разомкнуто. КЗ в конце линии Л5:

 

 

Сопротивление срабатывания:

 

 

4.3 Комплект 3 (дистанционная защита)

I ступень

 

.

 

II ступень

Расчётный режим: Кольцо разомкнуто по Л2 (подпитка отсутствует).

.Отстройка от 1 ступени защиты 8 (Линия 4)

 

 

. Отстройка от 1 ступени защиты 12 (Линия 8):

.

 

.Отстройка от КЗ за трансформатором подстанции C при включенном секционном выключателе на стороне 35 кВ:

 

.

 

Сопротивление срабатывания выбираем меньшее: .

Проверка по чувствительности:

 

 - соответствует требованиям чувствительности.

 

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности.

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне трансформатора Т5.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне трансформатора подстанции С.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ в конце смежной линии Л4:

 

 

Сопротивление срабатывания:

 

 

4.4 Комплект 7 (дистанционная защита)

I ступень

 

1)

)

 

II ступень

Расчётный режим: Кольцо разомкнуто по Л6 (подпитка отсутствует)

) Отстройка от направленной токовой отсечки смежной линии 3 (защита 4).

 

 =

 

) Отстройка от КЗ в конце первой ступени линии Л8 (защита 12):

 

.

 

) Отстройка от КЗ за трансформатором подстанции С при включенном секционном выключателе на стороне 35 кВ:

 

.

 

Сопротивление срабатывания выбираем меньшее: .

Проверка по чувствительности:

 

 - соответствует требованиям чувствительности.

 

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности.

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто, КЗ на низкой стороне трансформатора Т5.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне п/с С.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

)Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ в конце смежной линии Л3.

 

 

Сопротивление срабатывания:

 

4.5
Комплект 5 (дистанционная защита)

I ступень

 

.

 

II ступень

Расчётный режим: Кольцо разомкнуто по Л3 (подпитка отсутствует).

Смежные элементы - трансформатор подстанции D и линия Л4. Сопротивление Л4 значительно меньше сопротивления трансформатора, значит, определяющим условием выбора  будет отстройка от сопротивления срабатывания защиты линии Л4 - комплекта 7:

 

.

 - соответствует требованиям чувствительности.

 

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности.

Так как сопротивление смежной линии Л4 значительно меньше сопротивлений трансформатора Т5 и подстанции С, то условие отстройки от КЗ в конце линии Л4 не будет определяющим условием для выбора

Расчётный режим: Кольцо замкнуто, КЗ на низкой стороне трансформатора Т5.

 

Расчётное сопротивление:

 

 

Расчётный режим: Кольцо замкнуто. КЗ на низкой стороне п/с С.

 

 

Расчётное сопротивление:

 

 

 

Сопротивление срабатывания:

 

 

I ступень: МТО

Расчётный режим: система 1- мин, 1-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 1-АТ2, КЗ за трансформатором Т6.

 

.

 

Ток срабатывания, определенный по требуемой чувствительности:

.

 

II ступень: МТЗ

МТЗ отстраиваем от максимального рабочего тока, Кв=0.9, Котс=1.2, Кс.з=2.2.

 

 

Проверка чувствительности:

 

 

Выдержка времени МТЗ:

 

5.
Расчет двухцепной линии с двусторонним питанием

 

Комплекты 1 (1’) и 2 (2’) защищают двухцепную линию Л1. Очевидно, уставки комплекта 1 равны уставкам комплекта 1’, так как параметры цепей Л1 одинаковы. Соответственно, комплекты 2 и 2’ также одинаковы.

 

5.1 Комплект 1 (1’) (дистанционная защита)

 

I ступень

 

.

 

II ступень

1.Отстройка от КЗ на линии Л3:

Расчётный режим: система 1- мах, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 1-АТ2.

 

.

 

.Отстройка от КЗ за автотрансформатором АТ2:

 

.

 

Проверка чувствительность второй ступени защиты 1:

Сопротивление срабатывания выбираем меньшее: .

 

 - не отвечает требованиям чувствительности.

 

Для повышения коэффициента чувствительности будем отстраивать от первой ступени защиты второго автотрансформатора.

Расчётный режим: система 1- мах, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 2-АТ2

 

 

. Отстройка II ступень защиты 1 от II ступени защиты 3

Расчётный режим: система 1- мах, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 1-АТ2.

 

.

 

. Отстройка II ступень защиты 1 от II ступени защиты 2 (Каскадный режим)

Расчётный режим: система 1- мах, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 1-АТ2.

 

.

 

Выбираем

Проверка чувствительности:

 

 - отвечает требованиям чувствительности.

 

Выдержку времени для II ступени принимаем:   .

 

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности. Так как сопротивление смежных линий Л3 и Л5 меньше сопротивления стороны НН автотрансформатора АТ2, то условие отстройки от КЗ в конце этих линий не учитываем.

Расчётный режим:: система 2- мах, 1-АТ1, 1-Л1; система 1- мин, 2-АТ2 КЗ на низкой стороне АТ2:

 

 

Расчётное сопротивление:

 

трансформатор ток сопротивление реле

Сопротивление срабатывания:

 

 

5.2 Комплект 2 (2’) (дистанционная защита)

I ступень

 

.

 

II ступень

Вторую ступень защиты 2 необходимо отстроить от I ступеней смежной линии Л6, от защиты 9(МТО) а также от КЗ на высоком напряжении автотрансформатора АТ1.

.Отстройка от первой ступени линии Л6:

Расчётный режим: система 1- мин, 1-АТ1, 1-Л1; система 2- мах, 2-АТ2

 

.

.

 

2. Отстройка от направленной токовой отсечки защиты 9:

 

 =

.

 

3. Отстройка от КЗ за автотрансформатором АТ1:

 

.

4.
Согласование с I ступенью защиты 1:

 

 

Проверка чувствительность второй ступени защиты 2:

Сопротивление срабатывания выбираем меньшее: .

 

 - не отвечает требованиям чувствительности.

 

. Согласуем вторую ступень защиты 2 с первой ступенью защиты автотрансформатора АТ2:

Расчётный режим: система 1- мин, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мах, 2-АТ2

 

. .

.

 

5. Согласуем вторую ступень защиты 2 со второй ступенью защиты автотрансформатора 1:

 

 

Проверка чувствительности:

 

 - соответствует требованиям чувствительности.

.

 

III ступень

III ступень выбираем по условию необходимой чувствительности.

Расчётный режим:: система 1- мах, 2-АТ1, 1-Л1; система 2- мин, 1-АТ2, КЗ в конце линии Л9

 

 

Расчётное сопротивление:

 

Сопротивление срабатывания:

 

 

6.
Расчёт выдержек времени 3 ступеней

Выдержка времени защиты 6:

 

Выдержка времени защиты 8

 

Берём

 

Выдержка времени защиты 3:

 

Берём

 

Выдержка времени защиты 4:

 

Выдержка времени защиты 7:

 

Берём

 

Выдержка времени защиты 5:

 

Берём

 

6.7 Выдержка времени защиты 1(1`):

 

Берём

 

6.8 Выдержка времени защиты 2(2`):

 

Берём

7.
Выбор трансформаторов тока

 

Выбор ТТ для линии Л9

 

 

Выбираю трансформатор тока: ТФЗМ110Б-I.

Номинальный ток первичной обмотки: 50 А

Номинальный ток вторичной обмотки: 5 А.

8.
Расчёт уставок реле

 

Комплект защит 1

 

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

 

Комплект защит 2

 

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

 

Комплект защит 3

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

 

Комплект защит 5

 

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

 

Комплект защит 7

 

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

8.6
Комплект защит 8

 

 

I ступень:

II ступень:

III ступень:

 

Комплект защит 9.

 

 

I ступень:

II ступень:

9.
Проверка по току точной работы

 

Для проверки чувствительности по току точной необходимо рассчитать минимальный ток трехфазного короткого замыкания в конце зоны действия II и III ступеней защит линий, и определить коэффициент чувствительности, который должен быть: для I, II ступеней - не меньше 1,3, для III ступени - не менее 1,1.

 

Защита 2

Трансформатор напряжения

Примем коэффициент трансформации трансформатора напряжения равным  для того, чтобы выходное напряжение не превышало 10В по условию работы схемы. Тогда коэффициент .

Напряжение на входе В.

Напряжение на выходе  В.

Фазовращатель

Его назначение - выдавать выходное напряжение, сдвинутое относительно входного по фазе на определённый угол. В нашем случае необходимо, чтобы эти два напряжения были равны по модулю и были сдвинуты относительно друг друга на угол jм.ч..Запишем выражение, характеризующее работу фазовращателя.

 

Dj

 

Выразим отсюда произведение R5*С1:

(w

 

Пусть С1=0.1 мкФ, тогда R5=11.88¸45.477 кОм.

R4 и R6 принимаем равными по 10кОм, в таком случае, если  В, то  В.

 

Схема сравнения

Примем сопротивления R12=R13=2.2 МОм, R14=R15=5,1 кОм, R16=R17=0.1 МОм. С3=0.1 мкФ, Т=10 мкс, тогда R18=100 кОм, R19=1000 кОм. Наличие в схеме триггера Шмитта обеспечивает надёжное удержание органа в сработанном состоянии при колебаниях входного сигнала интегратора.

 

 

 В.

 В.

 

 

Сопротивление R21 принимаю равным 100 кОм, тогда R22 будет равно 45 кОм.

 

Выводы

 

В ходе работы был произведён выбор и расчёт релейной защиты и автоматики участка распределительной сети. Правильный выбор уставок устройств релейной защиты позволяет обнаружить и отключить любое междуфазное КЗ в пределах защищаемой сети. Выбранные устройства РЗ предназначены для защиты от междуфазных КЗ, поэтому для надёжной защиты сети от однофазных и двухфазных замыканий на землю требуется установка дополнительных устройств (ТЗНП).

Выбранные устройства АПВ позволяют эксплуатировать воздушные линии с большой эффективностью, так как за время бестоковой паузы большинство КЗ самоликвидируются. Кроме того, использование АПВ позволило повысить быстродействие защит линий Л3 и Л5.

Для линии Л1, которая является линией связи между двумя электрическими системами, была обоснована возможность использования простейшего устройства автоматики - НАПВ. Применение простого устройства автоматики повышает надёжность данной линии.

Для защиты 2 линии 1 была разработана схема дистанционного органа с использованием схемы сравнения по фазе. Для этого были спроектированы структурная и принципиальная схемы проектируемого реле и рассчитаны все сопротивления и емкости.

Исходные данные

Таблица 1 - исходные данные

Длина линий

Система С1

Система С2

L1

L3

L4

L4

L5

L9

L7

SAT1ном

X1 Max/Min

X0 Max/Min

SAT2ном

X1 Max/Min

X0 Max/Min

км

км

км

км

км

км

км

МВА

Ом

Ом

МВА

Ом

Ом

65

40

14

22

50

48

15

2 ´ 200

4 /5

3 / 3.6

2 ´ 125

12 / 13

11 / 12

 

Трансформаторные подстанции
D		C		T5
Sном	Kс.зап.	Sном	Kс.зап.	Sном	Kс.зап.
МВТ	о.е.	МВА	о.е.	МВА	о.е.
10	2.2	16	2.0	6.3	2.2

 

АТ1			АТ2
80 / 0.38	190 / 0.1	2.0 / 1.4	50 / 0.27	150 / 0.06	2.2 / 1.2

 

Л 6 (I. II)				Л 8 (I. II)
9.8 / 1.0	19 / 0.55	100 / 0.13	2.1 / 1.3		9.8 / 1.0	22 / 0.6	100 / 0.11	2.1 / 1.3

 

1.2
Дополнительные исходные данные

 

В этой работе в качестве дополнительных используются следующие данные:

-   все линии электропередач распределительной сети оборудованы маломасляными выключателями с трехфазным приводом;

-   со сборных шин 110 кВ подстанций А, В и С питаются ответственные потребители с преобладанием высоковольтных двигателей, потеря устойчивости которых недопустима. Эти сборные шины оборудованы дифференциальными защитами;

    автотрансформаторы имеют двухступенчатые резервные защиты - дистанционную и нулевой последовательности;

    среднее номинальное напряжение сети 115 кВ;

    сопротивления цепей двухцепных линий одинаковы;

    коэффициенты трансформации автотрансформаторов равны 230/121, регулированием коэффициентов трансформации последних с целью сокращения объема расчетов в курсовом проекте пренебрегаем;

    двухцепные линии могут длительно работать в одноцепном режиме;

    ступень селективности по времени принимается ∆t = 0,4 с;

    уставки времени II ступеней, примыкающих к защищаемой сети линий и I ступеней автотрансформаторов принимается 0,4 с;

    вторичный номинальный ток трансформаторов тока принимается равным 5 А;

    сопротивление прямой и нулевой последовательностей систем приведены к сторонам 220 кВ автотрансформаторов;

    в качестве дистанционной защиты используются комплекты ШДЭ-2802;

    длительное отключение источников питания подстанций А или В не допускается;

    на шинах 220 кВ подстанции А и В имеются ВЛ ЛЭП (на схеме не показаны);

    трансформаторы и автотрансформаторы подстанций А, В и С на сторонах низшего напряжения работают раздельно;

    сопротивления источников подстанций А и В являются эквивалентными, т.е. учитывают сопротивления обходных связей;

    автотрансформаторы снабжены двухступенчатыми резервными дистанционными направленными защитами на сторонах высшего и среднего напряжения, каждая из которых направлена в сторону сети своего напряжения;

 

Рисунок 1 - Схема электрической сети

 

2.
Расчет параметров схемы замещения

Расчет сопротивлений линий прямой последовательности

 

,

,

,

.