Релейная защита и автоматика питающей подстанции "Одинцово"

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ПИТАЮЩЕЙ ПОДСТАНЦИИ "ОДИНЦОВО"



Введение

В последнее время одной из важных проблем в отечественной энергетике является замена устаревшего оборудования на электростанциях и подстанциях. Так, эксплуатация морально устаревших комплексов релейной защиты может привести к ложным срабатываниям защит или даже их отказу, что в свою очередь приведёт к развитию опасных аварийных ситуаций и снижению надёжности функционирования в целом.

Всё это предопределяет актуальность темы на сегодняшний день по замене, реконструкции и модернизации комплексов релейной защиты с целью повышения надёжности функционирования и возможности передачи информации с низкого на более высокий уровень иерархии автоматизированных систем управления технологическими процессами, а также возможность автоматического и дистанционного управления отдельными подстанциями.

Цель проекта: исследовать схему электрической сети подстанции «Одинцово» и проработать основные вопросы выбора релейной защиты силовых трансформаторов и отходящих линий.

В настоящее время наибольшее распространение получили схемы подстанций с использованием комплектов отделитель-короткозамыкатель.

Разработаны и применяются схемы, выполненные на основе предохранителей, открытых плавких вставок, комплектов предохранитель - короткозамыкатель, а также схемы без коммутационной аппаратуры на стороне высшего напряжения.

Для проектирования релейной защиты необходимо выбрать, рассчитать, и согласовать между собой защиты вводов, между секционных выключателей и отходящих линий.

Также необходимо принять схему автоматики на подстанции и согласовать её работу с режимом работы электроустановок.



1. Исходные данные

В данном проекте объектом защиты служит питающая трансформаторная подстанция напряжением 35 кВ.

Исходными данными являются схема первичных соединений трансформаторной подстанции, расчетные мощности трансформаторов и отходящих линий, токи короткого замыкания в расчетных точках для максимального и минимального режимов.

Исходная схема электропередачи приведена на рисунке 1. Все выключатели оборудованы пружинными приводами типа ПП 67.

Основные сведения по оборудованию главной понизительной подстанции приведены в таблице 1. Значения токов короткого замыкания приведены в таблице 2.

Таблица 1. - Основные сведения по оборудованию ГГП:

Элемент электропередачи	Sрасч кВА	Iр.max A	Трансформаторы тока
			Номер	тип
Ввод в КРУН-10	6000	347	2ТА	ТПОЛ10
Секционный выключатель 10 кВ	3000	173	4ТА	ТПОЛ10
Воздушная линия 10 кВ	800	46	5ТА 8ТА	ТПЛ10 ТЗЛ
Кабельная линия 10 кВ	1400	81	6ТА 8ТА	ТПЛ10 ТЗЛ
Ввод в РУ - 35 кВ	7000	116	3ТА	ТВ35
Секционный выключатель 35 кВ	3500	58	7ТА	ТВ35
Воздушная линия 35 кВ	3500	58	9ТА	ТФНД35



Рисунок 1. - Исходная схема электропередачи:

Таблица 2. - Значения токов короткого замыкания:

Токи КЗ	Токи короткого замыкания при режиме
	Максимальном	минимальном
	К1	К2	К3	К4	К5	К6	К1	К2	К3	К4	К5	К6
А	1600	5600	970	1300	1600	800	1200	5200	770	1100	1400	600
А	1380	4850	775	1130	1380	690	1040	4500	670	950	1210	520



2. Защита воздушной линии 10 КВ

Для линий в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Защиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

Защита должна быть выполнена одно-, двух- или трех релейной в зависимости от требований чувствительности и надежности.

На одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени.

На не реактированных кабельных линиях с односторонним питанием, отходящих от шин электростанций, токовые отсечки должны быть выполнены без выдержки времени и зона их действия должна быть определена из условия отключения КЗ, сопровождающихся остаточным напряжением на шинах указанных электростанций ниже 0,5-0,6 номинального. Для выполнения указанного условия допускается выполнять защиту неселективной в сочетании с устройствами АПВ или АВР, исправляющими полностью или частично неселективное действие защиты. Допускается устанавливать указанные отсечки также на линиях, отходящих от шин подстанций и питающих крупные синхронные электродвигатели.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена, как правило, с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности. Защита в первую очередь должна реагировать на установившиеся замыкания на землю, допускается также применение устройств, регистрирующих кратковременные замыкания, без обеспечения повторности действия.

Защита от однофазных замыканий на землю, действующая на отключение без выдержки времени по требованиям безопасности, должна отключать только элемент, питающий поврежденный участок, при этом в качестве резервной должна быть предусмотрена защита, выполняемая в виде защиты нулевой последовательности с выдержкой времени около 0,5 с., действующая на отключение всей электрически связанной сети - системы (секции) шин или питающего трансформатора.

2.1 Расчет максимальной токовой защиты ВЛ 10 КВ

При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени, и токовые отсечки, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Пусковым органом МТЗ является реле максимального тока и реле времени, обеспечивающие выдержку времени срабатывания МТЗ.

Схема МТЗ с реле типа РТВ, которая применяется в сетях с изолированной нейтралью.

Схема действует при междуфазных КЗ любой пары фаз цепи.

В таких сетях может быть применена схема с двумя ТТ и одним реле РТВ.



Рисунок 2:

Максимальную токовую защиту выполняем на реле РТВ. В конце схемы ВЛ 10 кВ подключен самый мощный трансформатор 10/0,4 кВ мощностью 400 кВА с выбранным номинальным током плавкой вставки Iп.в.ном = 50А предохранителя ПК10.

Ток срабатывания защиты определяем по 2 условиям:

а) при отстройке от рабочего максимального тока I`cзрасч;

б) по условию селективности с более удаленной от источника питания защитой I``cзрасч:

Где:

Кн, Кз, Кв - коэффициенты надежности, самозапуска и возврата (Кз = 1, Кн = 1.3 и Кв = 0.65 для реле РТВ) = 280 А.

Большее значение тока срабатывания принимаем за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле по формуле:



Где:

Ксх - коэффициент схемы (для схем неполной звезды Ксх = 1).

Выбираем установку на реле по формуле:

Так как:

То выбираем реле РТВ - V привода ПП67.

Определяем действительный ток срабатывания защиты по формуле:

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

Так как Кч то в этом случае защита чувствительна и ее стоит принять к исполнению.

2.2 Расчет токовой отсечки ВЛ 10 КВ

Токовая отсечка (далее - ТО) является разновидностью токовых защит быстрого действия.

Отличительной особенностью этого вида защит можно назвать способ обеспечения селективности, который заключается в отстройке ступеней срабатывания по величине максимального тока КЗ.

Среди ТО различают устройства с выдержкой времени и моментального действия.

Рисунок 3:

Еще одним отличительным признаком ТО от максимальных токовых защит можно назвать то, что они действуют строго в пределах защищаемого участка, тогда как МТЗ резервирует последующие участки.

Если выражение «работала 1 или 2 ступень МТЗ» приходится слышать часто, то про токовую отсечку такого не услышишь вовсе. ТО не должна срабатывать при повреждениях на смежных участках, где действуют защиты с таким же или с большим на ступень селективности временем срабатывания.

Для этого Iсз должен быть больше максимально возможного тока КЗ Ik(M), в конце защищаемого участка за пределами которого, защита работать не должна (рисунок 3).

Такой способ обеспечения селективной работы ТО основан на величине тока КЗ, который пропорционален ЭДС системы, и обратно пропорционален сопротивлению участка линии до точки КЗ:

Где:

Ес - эквивалентная электродвижущая сила генераторов системы;

Хс и XL - сопротивление системы и индуктивное сопротивление участка линии до места повреждения, активное сопротивление проводов в расчетах не участвует ввиду пренебрежительно малого значения.

Таким образом, чем дальше находится точка повреждения от шин подстанции, где установлена ТО, тем сопротивление больше, а ток КЗ меньше. Зачастую, ТО работает не на всей длине линии, а лишь на ее участке, как это показано на рисунке 4.

Рисунок 4:

Отсечки применяются для защиты тупиковых и транзитных линий. Трансформаторы тока, питающие цепи ТО должны работать с погрешностью не более 10%, для обеспечения заданной зоны срабатывания защиты.

Как уже было сказано выше, ТО не должна срабатывать при повреждениях на шинах подстанции В.

Для этого должно быть соблюдено условие:

Где:

kн - коэффициент надежности.

Учитывает погрешность при расчетах аварийных режимов и погрешность срабатывания токового реле. Для реле типа РТ принимается равным 1,2-1,3 - для РТ-80 и РТ-90 с повышенной погрешностью принимают с запасом 1,5. Схемы ТО без промежуточных реле имеют время срабатывания порядка времени одного периода (0,02 сек.), это значит, что при расчетах следует учитывать величину тока апериодической составляющей. Для этого Ik(M)макс умножают на коэффициент ka равный 1,6-1,8. В схемах с промежуточным реле, время срабатывания защиты увеличивается до 0,06-0,08 сек., и апериодическую составляющую можно уже не учитывать. Так как воздушная линия построена на железобетонных опорах без применения трубчатых разрядников, токовая отсечка выполнена на реле РТМ. Определяем ток срабатывания токовой отсечки по 2 условиям:

а) по условию отстройки от максимального тока КЗ в месте установки ближайшей в ВЛ 10 кВ защиты (у ближайшей ТП 10/0,4 кВ) I`с.о.расч;

б) по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформаторов при включении линии I``с.о.расч.

Где:

Кн - коэффициент надежности (Кн = 1.5 для реле РТВ и РТ80, Кн = 1.3 для РТ40).

Где:

? - сумма номинальных мощностей ТП 10/0,4 кВ можно принять равной расчетной мощности линии.

Большее значение тока отсечки принимаем за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле по формуле:



Для выбора реле определяем его ток установки: 75 А.

Выбираем реле РТМ - IV согласно условию:

Определяем действительный ток срабатывания отсечки по формуле:

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

Так как то установка токовой отсечки в данном случае целесообразна.

2.3 Защита от замыканий на землю ВЛ 10 КВ

Определяем ток срабатывания защиты по формуле:

В проекте подстанции 35/10 кВ были приняты ячейки КРУН 10 с кабельными вводами, в ячейках установлена защита от замыканий на землю типа ЗЗП. Защита реагирует на токи нулевой последовательности и действует на сигнал. Напряжение срабатывания защиты ЗЗП принято 40 В. Защита имеет три установки со следующими пределами срабатывания защиты: первая установка 0,07…0,35 А, вторая установка 0,36…1,36 А, третья установка 1,36 А и выше.

В рассматриваемом примере по Iс.з.расч = 1,77 А выбираем третью установку.



3. Защита кабельных линий 10 КВ

На отходящих кабельных линиях к распределительным устройствам (РУ), как правило, предусматривается максимальная токовая защита (МТЗ) с выдержкой времени. Длительность короткого замыкания отключаемого МТЗ, достигает 1,0-2,5 с. Время автоматического включения резервного питания (АВР) составляет 1,5-3 с.

Отключение повреждения МТЗ c выдержкой времени обуславливает увеличение сечения кабеля для обеспечения его термической стойкости. Увеличение тока КЗ при изменении схемы вызывает необходимость демонтажа нестойких к токам КЗ кабелей и прокладки новых кабелей, что требует больших материальных затрат.

Для повышения устойчивости нагрузки и уменьшения сечения кабеля по условию термической стойкости, а также для исключения замены существующих кабелей или прокладки новых кабелей параллельно существующим, необходимо уменьшить продолжительность КЗ. Этого можно добиться применением быстродействующей защиты.

3.1 Расчет максимальной токовой защиты КЛ 10 КВ

Определяем ток срабатывания защиты по 2 условиям:

а) при отстройке от рабочего максимального тока I`cзрасч;

б) по условию селективности с более удаленной от источника питания защитой I``cзрасч.

Где:

Кн, Кз, Кв - коэффициенты надежности, самозапуска и возврата. (Кз = 1, Кн = 1.2, и Кв = 0.8 для РТ85) = 280 А.

Большое значение тока срабатывания принимаем за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле по формуле:

Где:

Ксх - коэффициент схемы (для схем неполной звезды Ксх = 1).

В связи с тем, что Iу = Iср то выбираем реле РТ85.

Определяем действительный ток срабатывания защиты по формуле:

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

Так как то защиту примем к исполнению.

3.2 Расчет токовой отсечки КЛ 10 КВ

Определяем ток:

Где:

? - сумма номинальных мощностей ТП 10/0,4 кВ можно принять равной расчетной мощности линии.

Определяем ток срабатывания токовой отсечки по 2 условиям:

а) по условию отстройки от максимального тока КЗ в месте установки ближайшей в ВЛ 10 кВ защиты (у ближайшей ТП 10/0,4 кВ) I`с.о.расч;

б) по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформаторов при включении линии I``с.о.расч.

Большее значение тока отсечки принимаем за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле по формуле:

Определяем расчетную кратность срабатывания токовой отсечки при установке тока индукционного элемента, равной 7 А:

Принятая кратность электромагнитного элемента (ТО):

Определяем действительный ток срабатывания ТО по формуле:

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

Так как то установка токовой отсечки в данном случае целесообразна.



3.3 Защита от замыканий на землю КЛ 10 КВ

Определяем ток срабатывания защиты по формуле:

Защита имеет три установки со следующими пределами срабатывания защиты: первая установка 0,07…0,35 А, вторая установка 0,36…1,36 А, третья установка 1,36 А и выше.

По Iс.з.расч = 0,34 А выбираем первую установку защиты ЗЗП.



4. Защита воздушной линии 35 КВ

Для линий в сетях 35 кВ с изолированной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной зашиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Защиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном двух релейном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

В целях повышения чувствительности к повреждениям за трансформаторами с соединением обмоток звезда-треугольник допускается выполнение трех релейной защиты.

Защиту от однофазных замыканий на землю следует выполнять, как правило, с действием на сигнал. Для осуществления защиты допускается использовать устройство контроля изоляции.

При выборе типа основной защиты следует учитывать требования обеспечения устойчивости работы энергосистемы и надежной работы потребителя аналогично тому, как это учитывается для защиты линий напряжением 110 кВ.

На одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должны быть установлены преимущественно ступенчатые защиты тока или ступенчатые защиты тока и напряжения, а если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, например, на головных участках - дистанционная ступенчатая защита преимущественно с пуском по току.

В последнем случае в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени.

Линии напряжением 35 кВ защищаются чаще всего двухступенчатой токовой защитой (максимальной токовой защитой и токовой отсечкой) на реле РТ 40, действующей на отключение.

К воздушной линии 35 кВ подключаются трансформаторы 35/10 кВ, имеющие схему соединения обмоток Y?, защита линии должна резервировать максимальную токовую защиту трансформатора, то есть должна быть чувствительна при двухфазном коротком замыкании за трансформатором фаз А и В.

К трансформатору тока воздушной линии 35 кВ подключаются счетчики для учета электрической энергии. Поэтому для защиты воздушной линии 35 кВ предусмотрим максимальную токовую защиту и токовую отсечку в двухфазном исполнении.

4.1 Расчет максимальной токовой защиты ВЛ 35 КВ

Определяем расчетный ток срабатывания защиты по формуле:

Определяем ток срабатывания реле по формуле:

Выбираем ток установки реле РТ 40:

Выбираем действительный ток срабатывания защиты.

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:



Данную защиту принимаем к исполнению.

4.2 Расчет токовой отсечки ВЛ 35 КВ

Определяем ток срабатывания токовой отсечки по формуле:

Определяем ток срабатывания реле по формуле:

Выбираем ток установки реле РТ 40/100, равную 52 А.

Выбираем действительный ток срабатывания защиты 1040 А.

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

На основании расчета выясняется, что защита чувствительна, принимаем ее к исполнению.



5. Защита секционного выключателя 35 КВ

Для защиты секционного выключателя 35 кВ принимаем максимальную токовую защиту на отключение. Расчет аналогичен расчету максимальной токовой защиты секционного выключателя 10 кВ. В данном проекте через секционный выключатель 35 кВ питается только одна линия, поэтому ток срабатывания защиты определяется только из условия согласования с максимальной токовой защитой ВЛ 35 кВ.

Определяем ток срабатывания защиты по формуле:

Определяем ток срабатывания реле по формуле:

Где:

Ксх - коэффициент схемы (для схем неполной звезды Ксх = 1).

Выбираем уставу на реле РТ40/20, равную 18 А.

Выбираем действительный ток срабатывания защиты 30 А.

Определяем коэффициент чувствительности по формуле:

Определяем коэффициент чувствительности в резервной зоне защиты по формуле:



В данном случае защита чувствительна и ее стоит принять к исполнению.



6. Автоматизация подстанции

Подстанции без коммутационной аппаратуры, на стороне высшего напряжения являются наиболее простыми. Трансформатор присоединяется к линии по схеме блока линия-трансформатор. Отключение подстанции при повреждении трансформатора производится головным выключателем Q1, установленным в начале линии. При этом если релейная защита линии имеет достаточную чувствительность к повреждениям на выводах низшего напряжения трансформатора, то на трансформаторе защита со стороны высшего напряжения может не устанавливаться.

Для предотвращения повреждений обмоток трансформатора при внешних коротких замыканиях выдержка времени защиты линии должна быть не больше времени термической стойкости защищаемого трансформатора. Однако защита линии часто не обладает достаточной чувствительностью и необходимым быстродействием при повреждении внутри трансформатора. В таких случаях на трансформаторе предусматривается собственная релейная защита.

Она, как и защита линии, действует на отключение головного выключателя. Передача отключающего сигнала производится с помощью устройств телемеханики, что может привести к усложнению и удорожанию защитного устройства. токовый замыкание электроэнергетический

Подстанции с короткозамыкателями и отделителями выполняются c наличием на стороне высшего напряжения трансформатора отделителя QR и короткозамыкателя QN, которые не требует специальной системы передачи сигнала на отключение линии при срабатывании защиты трансформатора.

В этом случае релейная защита трансформатора действует на включение короткозамыкателя QN и при этом создается искусственное короткое замыкание в зоне действия защиты линии.

После ее отключения ток короткого замыкания исчезает и отключается отделитель.

Приводы короткозамыкателя и отделителя выполняются на основе пружинно-грузовых приводов выключателей, причем первый из них освобождает включающую пружину короткозамыкателя, а второй - отключающие пружины отделителя. Отключение короткозамыкателя и включение отделителя производятся вручную.

Также на подстанции выберем устройства автоматического повторного включения и автоматического включения резерва. Устройства двукратного автоматического повторного включения предусматриваются на воздушных линиях и одиночных трансформаторах, оборудованных выключателями. Устройства автоматического включения резерва предусматриваются на секционных выключателях напряжением 10 и 35 кВ.



Литература

1. Методические указания по расчету электрических в сетях 0,38-110 кВ сельскохозяйственного назначения. - РУМ, 2006.

2. Правила устройства электроустановок, Раздел III. Защита и автоматика. / Под редакцией Кролева С.Г. - М.: Энергоиздат, 2010, 80 с.

3. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распред. сетей. - Л.: Энергия, 2006, 288 с.

4. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения: методическое пособие для курсового проектирования. // В.П. Шеховцов. - М.: ИНФРА-М: ФОРУМ, 2010, 214 с.

Размещено на Allbest.ru