Проектирование дистанционных защит параллельных и одиночной ЛЭП

2.3.1 Трехступенчатая ДЗ в данном курсовом проекте применяется в качестве резервной к продольной дифференциальной токовой защите 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.

При проектировании учтены следующие особенности сети 110 кВ:

· сеть имеет параллельные линии Л1 и Л2 с ответвлениями и смежную с ними одиночную линию Л3;

· трансформаторы на ответвлениях работают раздельно;

· питание со стороны ответвлений отсутствует;

· на линиях установлены выключатели типа ЗAP1 FG Siemens 145 кВ.

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

· в распределительных устройствах 110 кВ электростанции “А” и подстанции “Б” имеется УРОВ со временем действия t _УРОВ = 0,3 с;

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

· Время срабатывания резервных защит Т4(5): t = 1,9 с;

· Время срабатывания резервных защит Т6(7): t = 2,9 с;

· Выдержка времени защиты автотрансформатора от междуфазных КЗ, направленной в сторону системы С1, равна t =4,7 с;

· Выдержка времени ДЗ в системе С2, направленной в сторону системы С2, равна t =4,2 с.

Шкаф ШЭ2607 содержит три ступени ДЗ, для которых задается направленность, и одну дополнительную ненаправленную ступень. Характеристики срабатывания РС первой и второй направленных ступеней ДЗ, а также дополнительной ненаправленной ступени в комплексной плоскости сопротивлений представлены на рис.2.3.

Рис. 2.3 Характеристики РС I и II ступеней ДЗ шкафа ШЭ2607

Характеристика РС I и II направленных ступеней представляет собой четырехугольник. Данная характеристика ограничена сверху уставкой РС по реактивному сопротивлению , слева характеристика ограничена углом для обеспечения надежности и быстроты срабатывания с учетом различных влияющих факторов. Наклон характеристики влево позволяет избежать возможных погрешностей РС в статистических и динамических режимах. Ограничение справа определяется и выбирается на определенном расстоянии от характеристики короткозамкнутой линии с целью охвата внутренних КЗ через переходное сопротивление. Переходное сопротивление дуги нелинейно и с приближением КЗ к источнику питания уменьшается, поэтому правая сторона характеристики имеет наклон , учитывающий уменьшение возможного значения сопротивления дуги при близких КЗ. Для первой ступени угол определяется характеристическим углом линии, для второй ступени принимается усредненное значение характеристических углов сопротивлений при КЗ на смежных элементах. В данном курсовом проекте для второй ступени также принимается равным углу линии. Нижняя сторона характеристики находится в IV квадранте комплексной плоскости Z. Наклон характеристики выбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное срабатывание при близких повреждениях в начале линии через переходное сопротивление, когда вектор сопротивления располагается вблизи активной оси. Для первой ступени у характеристики есть небольшой наклон верхней стороны, определяемый углом , который обеспечивает повышение отстроенности при внешних дуговых замыканиях в конце линии.

Характеристика РС дополнительной ненаправленной ступени имеет форму параллелограмма, смещенного в третий квадрант на величину не более 0,1 , а ее уставки по R, X и совпадают с аналогичными для РС направленной II ступени.

Характеристика РС III направленной ступени (рис. 2.4) представляет собой параллелограмм, расположенный в I и II квадрантах и усеченный внизу двумя границами, которые определяются углами наклона к оси активного сопротивления и .

Рис. 2.4 Характеристика РС III ступени ДЗ шкафа ШЭ2607

Данные углы наклона характеристики выбираются таким образом, чтобы обеспечить надежную отстройку от большинства нагрузочных режимов. Расположение вектора нагрузки на комплексной плоскости определяется соотношением активной и реактивной мощностей нагрузочного режима. На передающем конце линии сопротивление нагрузочного режима лежит в первом квадранте комплексной плоскости, на приемном во втором или третьем квадрантах. Выбором уставок и обеспечивается повышенная чувствительность к металлическим и через переходное сопротивление КЗ в зонах дальнего резервирования.

Поясняющая схема для расчета ДЗ представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5 Поясняющая схема для расчета ДЗ

2.3.2 Выбор уставок производится для защит 1 и 2, установленных на линии Л1. Уставки защит 3 и 4 идентичны уставкам защит 1 и 2 соответственно. Выбор уставок производится на основе анализа расчетных условий, приведенных в табл. 2.9.

Таблица 2.9 Обоснование выбора уставок ДЗ линий

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Несрабатывание при внешних КЗ	1. Отстройка от внешнего металлического КЗ на шинах подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
2. Отстройка от внешнего металлического КЗ за трансформатором ответвления
	Срабатывание при внутренних КЗ	3. Обеспечение требуемой чувствительности к дуговым замыканиям через переходное сопротивление в конце зоны действия ступени

 

 

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Несрабатывание в режимах без КЗ	4. Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей
	5. Рекомендация фирмы-изготовителя
	Несрабатывание при внешних КЗ	6. Отстройка от КЗ через переходное сопротивление в конце ЛЭП
	Несрабатывание при внешних КЗ в зоне действия быстро-действующих защит смежных элементов	7. Отстройка от времени срабатывания быстро-действующих защит смежных элементов с учетом УРОВ
	Несрабатывание при внешних КЗ за зоной действия быстро-действующих защит смежных элементов	8. Отстройка от металлического КЗ в конце зоны действия I ступени ДЗ смежной ЛЭП
9. Отстройка от КЗ в конце зоны действия первой ступени ДЗ, установленной на противоположном конце параллельной ЛЭП при каскадном отключении повреждения на ней

 

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Несрабатывание при внешних КЗ за зоной действия быстро-действующих защит смежных элементов	10. Отстройка от КЗ на шинах СН трансформатора подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
11. Отстройка от КЗ на шинах НН трансформатора подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
12. Отстройка от КЗ на шинах НН трансформатора ответвления
13. Отстройка от КЗ на шинах ВН автотрансформа-тора
14. Отстройка от КЗ на шинах НН автортрансформа-тора
	Срабатывание при внутренних КЗ	15. Обеспечение требуемой чувствительности при дуговых замыканиях через переходное сопротивление в конце ЛЭП
Несрабатывание в режимах без КЗ	16. Отстройка от минимально возможного вектора сопротивления нагрузки в послеаварийном режиме с учётом самозапуска электродвигателей
	17. Рекомендация фирмы-изготовителя

 

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Несрабатывание при внешних КЗ	18. Отстройка от времени срабатывания последней ступени ДЗ смежной ЛЭП
19. Отстройка от времени срабатывания резервных защит трансформатора ответвительной подстанции и трансформатора подстанции, примыкающей к дальнему концу ЛЭП
	Несрабатывание в режимах без КЗ	20. Отстройка от максимального угла наклона вектора сопротивления в нагрузочном режиме
	Срабатывание при внутренних металлических КЗ	21. Обеспечение требуемой чувствительности при КЗ в конце зон дальнего резервирования
	22. Ограничение по техническим возможностям терминала

 

Продолжение табл. 2.9

Пара-метр сраба-тыва-ния	Задаваемая функция	Расчетное условие	Расчетное выражение	Прим.
	Срабатывание при внутренних КЗ через переходное сопротивление	23. Обеспечение требуемой чувствительности при дуговых замыканиях в конце зон дальнего резервирования
	24. Обеспечение чувствительности при КЗ не хуже, чем у микро-электронных и электромехани-ческих защит
	25. Ограничение по техническим возможностям терминала

 

Коэффициенты токораспределения и значения токов КЗ, необходимые для определения уставок и оценки чувствительности, приведены в табл. 2.10. Расчет токов КЗ, произведен на ЭВМ, протокол расчета приведен в приложении 6.

Таблица 2.10 Токи КЗ и коэффициенты токораспределения, необходимые для расчета ДЗ

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 2.5	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
1 (2)		I-1Б			-	-
	I-2		-	-	-
	I-2A-3			-	-
	I-3			-	-	0,5	0,53
I-2		0.97	0,53
	0.915
	0.915
	I-3			-	-	0,5	0,5
I-2		0,5359	0,277
	1,933
	I-1Б			-	-
	I-4				0,3977	0,567
	0,7010

 

 

Продолжение табл. 2.10

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 2.5	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
1 (2)		I-5				0,3891	0,557	0,557
	0,6980
	I			-	-	0,5	0,5
	I-2А-4				1.332	0,435	0,435
	3.065
I-2А-5		1,539	0,482
	3.193
	I-6-4				0,3163	0,299	0,299
	1,057
I-6-5		0,3238	0,305
	1,060
	I-6-4				0,2326	0,344	0,326
	1,6759
I-6-5		0,2186	0,326
	0.6713
3 (4)		I-1А			-	-
	I-2Б-4		-		1.124	0,328	0,328
	3.426
I-2Б-5		0,9298	0,231
	4,017
	I-1А			-	-
	I-2				1.014	0,324	0.324
	3,131
I-5		0,7052	0,251
	2,815
	I-2				0,4798	-	0,543 0,407
	0,8831	0,543
	2,574	0,343
I-5		0,3349	-
	1,010	0,332
	2,482	0,407
	I-3				0,2073	0,3	0,3
	0,6911

 

Продолжение табл. 2.10

Номер защиты	№ РВ	Режим по табл. 1.5	Место и вид КЗ на рис. 2.5	Узел на рис. 2.5	Обозна- чение тока в схеме на рис. 2.5	Значение тока, кА	Значение коэффициента токораспреде-ления	Принятое значение
3 (4)		I-2Б				0,7410	0,189	0,189
	3,904
	I				0,6007	0,268	0,268
	2.243
	I				0,2864	-	0,338 0,11
	0,8465	0,338
	2,601	0,11

 

В расчёте ряда токов КЗ для выбора параметров срабатывания ДЗ ЛЭП нет необходимости, поскольку выбираются режимы, в которых коэффициент токораспределения заведомо известен и равен 1 или 0,5.

Определение переходного сопротивления дуги осуществляется по выражению:

Где - минимальный ток двухфазного КЗ;

- среднее расстояние между фазными проводами ЛЭП;

-коэффициент увеличения.

Определение переходного сопротивления дуги приведено в табл. 2.11.

Таблица 2.11 Определение переходного сопротивления дуги

Номер защиты	Номер ступени	Место и вид КЗ по рис. 2.5	Режим по табл. 1.5	Значение тока, кА	Расчет	Принятое значение, Ом
1 (2)	I		I-4	1,759		2.687
I-5	2.383
II		I-4	1,384		6.828
I-5	1,941
III		I-4	0,9471		16.634
I-5	1.143
	I-4	0,3557
I-5	0,3420
	I-4-6	0,2127
I-5-6	0,1943
	I-4-6	0,2852
I-5-6	0,2854
3 (4)	I		I-3	0,4755		9.937

 

 

Продолжение табл. 2.11

Номер защиты	Номер ступени	Место и вид КЗ по рис. 2.5	Режим по табл. 1.5	Значение тока, кА	Расчет	Принятое значение, Ом
3 (4)	II		I	1,199		7.881
III		I-3	0,1795		24.533
	I	0,2414
	I	0,5136

 

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

где - переток мощности по ЛЭП;

- номинальное напряжение сети;

-коэффициент самозапуска электродвигателей; .

Активное и реактивное сопротивления нагрузки определяются по выражениям:

где .

Для защит 1 и 2 по формуле:

Активное и реактивное сопротивления нагрузки:

Для защит 3 и 4 по формуле:

Активное и реактивное сопротивления нагрузки:

Расчёт параметров срабатывания ДЗ приведён в табл. 2.12.

 

Таблица 2.12 Расчет параметров срабатывания ДЗ

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчет-ное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
		I,			10,05 Ом
	I-1Б,
		I-4,			8 Ом
	-
	-
		-
		-			0,7
		I-2,			17,406 Ом
	I-2A-3,
	I-3,
	I-2,
	I-1Б,
		I-4,			13 Ом
	-
	-
		-			4,8 с
		-
		I-5,			359,313 Ом
I,
I-2А-4,
I-6-4,

 

Продолжение табл. 2.12

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчет-ное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
		I-6-5,			359,313 Ом
	-
		I-4,			380.872 Ом
	-
	-
		I,			10.05 Ом
	I-1А,
		I-3,			14.906 Ом
	-
	-
		-
		-			0,7
		I-2Б-4,			34.036 Ом
	I-1А,
	I-2,
	I-2,
		I,			27 Ом
	-
	-
		-			5.6 с
		-
		I-3,			356.876 Ом

 

 

Продолжение табл. 2.12

Параметр сраба-тывания	Расчет-ное условие	Режим, вид, место КЗ	Расчет-ное выра-жение	Расчет	Прин. знач.
		I-2Б,			356.876 Ом
I,
I,
	-
		I,			378.3 Ом
	-
	-

 

2.3.3 Эффективность срабатывания I ступени при внутренних КЗ может быть оценена её защитоспособностью, равной 0,87 от длины линии. Эффективность срабатывания II ступени при внутренних металлических КЗ оценивается коэффициентом чувствительности. С учетом назначения II ступени чувствительность оценивается при КЗ в конце защищаемой линии.

Чувствительность III ступени не оценивается, т.к. параметры срабатывания выбраны из условия обеспечения требуемой чувствительности.

Оценка чувствительности ДЗ приведена в табл. 2.13.

Таблица 2.13 Оценка чувствительности ДЗ по параметру срабатывания

Номер защиты	Ступень
1 (2)	II	17.406	11.55		1,25
3 (4)	II	34.036	11.55		1,25

 

Вторые ступени защит параллельных ЛЭП обладают требуемой чувствительностью.

Чувствительность ДЗ по току точной работы оценивается коэффициентом чувствительности:

где - первичный ток КЗ через защиту в расчетном режиме;

- коэффициент трансформации трансформатора тока;

I_ТР – вторичный ток точной работы.

Защита является чувствительной, если выполняется условие:

Шкаф защиты ШЭ 2607 016 имеет ток точной работы 0,1I_н, т.е. 0,5 А для шкафа с I_н­­­ =5 А.

Для второй ступени чувствительности оценивается 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. 2.14.

Таблица 2.14 Оценка чувствительности ДЗ по току точной работы

Номер защиты	Номер ступени	Режим, вид и место КЗ			Примечание
1 (2)	II	I-4,	1,384
III	I-4,	0,9471
I-5,	0,342
I-5-6,	0,1943
I-4-6,	0,2852
3 (4)	II	I,	1,199
III	I-3,	0,1795
I,	0,2414