Разработка технических решений по созданию подсистемы релейной защиты в рамках АСУТП электростанции

Станислав Хомутовский

Разработка технических решений по созданию подсистемы релейной защиты в рамках АСУТП электростанции

Целью выпускной работы является анализ возможных режимов сети для расчёта уставок релейной защиты, а также моделирование распределительной системы в программном обеспечении PSCAD.Предметом исследования являются такие защиты, как дифференциальная и токовая направленная защита нулевой последовательности. Объектом исследования является электроэнергетическая система 220/110 кВ, включающая две системы и гидроэлектростанцию.

Энергетика

Дипломы

Вуз: Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)

ID: 5f3cf403cd3d3e00014e4cd1

UUID: 374a8860-c42e-0138-1cb3-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 247

23.24

Станислав Хомутовский

Новосибирский государственный технический университет (НГТУ)

Комментировать 15

Рецензировать 1

Скачать - 1,5 МБ

Поделиться работой

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» электрических станций Кафедра _______________________________________________________________________ (полное название кафедры) Утверждаю ЭлСт Зав. кафедрой _______________ А.Г. Русина _____________________________ (подпись, инициалы, фамилия) 9 г. «___» _______________ 201__ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА Хомутовский Станислав Игоревич _______________________________________________________________________________ (фамилия, имя, отчество студента – автора работы) Разработка технических решений по созданию подсистемы релейной защиты в _______________________________________________________________________________ (тема работы) рамках АСУТП электростанции _______________________________________________________________________________ Факультет энергетики _______________________________________________________________________________ (полное название факультета) 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника Направление подготовки _________________________________________________________ (код и наименование направления подготовки бакалавра) _______________________________________________________________________________ Руководитель от НГТУ Автор выпускной квалификационной работы Белоглазов А.В. ______________________________________ (фамилия, имя, отчество) Хомутовский С.И. ______________________________________ (фамилия, имя, отчество) к.т.н. ______________________________________ (ученая степень, ученое звание) ФЭН, ЭН1-51 ______________________________________ (факультет, группа) ______________________________________ (подпись, дата) ______________________________________ (подпись, дата) Консультанты по разделам: Экономическая часть А.В. Кравченко ________________________________________________________________________________ (краткое наименование раздела) __________________________________________________________ (подпись, дата, инициалы, фамилия) ________________________________________________________________________________ (краткое наименование раздела) __________________________________________________________ (подпись, дата, инициалы, фамилия) Охрана труда (краткое наименование раздела) (краткое наименование раздела) Новосибирск А.М. Парахин 201__ 9 (подпись, дата, инициалы, фамилия) (подпись, дата, инициалы, фамилия)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» электрических станций Кафедра _______________________________________________________________________ (полное название кафедры) УТВЕРЖДАЮ Введите здесь А.Г. свой текст Зав. кафедрой __________________ Русина (фамилия, имя, отчество) 06.03.19 __________________ (подпись, дата) ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ БАКАЛАВРА Хомутовскому Станиславу Игоревичу студенту _________________________________________________________________ (фамилия, имя, отчество) 13.03.02 – Электроэнергетика и электротехника Направление подготовки ____________________________________________________ (код и наименование направления подготовки бакалавра) __________________________________________________________________________ Факультет энергетики __________________________________________________________________________ (полное название факультета) Разработка технических решений по созданию подсистемы релейной защиты Тема _____________________________________________________________________ (полное название темы выпускной квалификационной работы бакалавра) в рамках АСУТП электростанции __________________________________________________________________________ Анализ возможных режимов сети для расчёта Исходные данные (или цель работы) __________________________________________ уставок релейной защиты. Моделирование распределительной системы в __________________________________________________________________________ программном обеспечении PSCAD __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Обзор АСУТП Структурные части работы __________________________________________________ Расчёт дистанционной защиты __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Отстройка дистанционной защиты от рабочего режима __________________________________________________________________________ Расчёт тока точной работы __________________________________________________________________________ Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах __________________________________________________________________________ Расчёт токовой направленной защиты нулевой последовательности __________________________________________________________________________ Экономическая эффективность релейной защиты

Охрана труда ___________________________________________________________________________ Моделирование распределительной системы ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ Задание согласовано и принято к исполнению. Руководитель от НГТУ Студент Белоглазов А.В. ______________________________________ (фамилия, имя, отчество) Хомутовский С.И. ______________________________________ (фамилия, имя, отчество) к.т.н. ______________________________________ (ученая степень, ученое звание) ФЭН, ЭН1-51 ______________________________________ (факультет, группа) 01.03.19 ______________________________________ (подпись, дата) 01.03.19 ______________________________________ (подпись, дата) Тема утверждена приказом по НГТУ № _________ 1243/2 от «____» 9 марта 201__г. 06 ___________ изменена приказом по НГТУ № _________ от «____» ___________ 201__ 9 г. 7 7 26.1 тема сверена с данными приказа ВКР сдана в ГЭК № _______, ___________________________________________________ (подпись секретаря государственной экзаменационной комиссии по защите ВКР, дата) Осинцев Анатолий Анатольевич _________________________________________________ (фамилия, имя, отчество секретаря государственной экзаменационной комиссии по защите ВКР) Консультанты по разделам: Экономическая часть 01.03.19, А.В. Кравченко ________________________________________________________________________________ (краткое наименование раздела) __________________________________________________________ (подпись, дата, инициалы, фамилия) ________________________________________________________________________________ (краткое наименование раздела) __________________________________________________________ (подпись, дата, инициалы, фамилия) Охрана труда 01.03.19, А.М. Парахин

Содержание ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................................................................................. 6 1 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ....... 9 1.1 АСУТП ГЭС .......................................................................................................................................................... 9 1.2 Подсистема релейной защиты ........................................................................................................................... 11 2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ........................................................................................................................................ 12 3 РАСЧЁТ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КЗ ................................................................................ 19 3.1 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 6............ 19 3.2 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 4............ 21 4 РАСЧЁТ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ.......................................................................................................... 22 4.1 Расчёт дистанционной защиты по индуктивному сопротивлению ............................................................... 22 4.1.1 Комплекты защиты 2 и 2' ................................................................................................................................ 22 4.1.2 Комплект защиты 8 ......................................................................................................................................... 28 4.1.3 Комплект защиты 3 ......................................................................................................................................... 33 4.1.4 Комплект защиты 7 ......................................................................................................................................... 41 4.1.5 Комплект защиты 5 ......................................................................................................................................... 43 4.1.6 Комплекты защиты 1 и 1' ................................................................................................................................ 45 4.2 Расчёт времени срабатывания вторых ступеней дистанционной защиты .................................................... 48 4.2.1 Комплекты защиты 1 и 1' ................................................................................................................................ 48 4.2.2 Комплекты защиты 2 и 2' ................................................................................................................................ 48 4.2.3 Комплект защиты 5 ......................................................................................................................................... 48 4.2.4 Комплект защиты 7 ......................................................................................................................................... 49 4.2.5 Комплект защиты 8 ......................................................................................................................................... 49 4.2.6 Комплект защиты 3 ......................................................................................................................................... 49 4.3 Расчёт времени срабатывания третьих ступеней дистанционной защиты ................................................... 49 4.3.1 Комплект защиты 8 ......................................................................................................................................... 49 4.3.2 Комплект защиты 3 ......................................................................................................................................... 50 4.3.3 Комплект защиты 7 ......................................................................................................................................... 50 4.3.4 Комплект защиты 5 ......................................................................................................................................... 50 4.3.5 Комплекты защит 1 и 1'................................................................................................................................... 50 4.3.6 Комплекты защит 2 и 2'................................................................................................................................... 51 4.4 Расчёт дистанционной защиты по активному сопротивлению ...................................................................... 51 4.4.1 Комплекты защиты 1 и 1' ................................................................................................................................ 51 4.4.2 Комплекты защиты 2 и 2' ................................................................................................................................ 53 4.4.3 Комплект защиты 5 ......................................................................................................................................... 55 4.4.4 Комплект защиты 7 ......................................................................................................................................... 56 4

4.4.5 Комплект защиты 3 ......................................................................................................................................... 58 4.4.6 Комплект защиты 8 ......................................................................................................................................... 60 4.5 Отстройка дистанционной защиты от рабочего режима ................................................................................ 62 4.5.1 Отстройка комплектов 1 и 1' дистанционной защиты от рабочего режима .............................................. 63 4.5.2 Отстройка комплектов 2 и 2' дистанционной защиты от рабочего режима .............................................. 63 4.5.3 Отстройка комплекта 3 дистанционной защиты от рабочего режима ....................................................... 64 4.5.4 Отстройка комплекта 5 дистанционной защиты от рабочего режима ....................................................... 64 4.5.5 Отстройка комплекта 7 дистанционной защиты от рабочего режима ....................................................... 65 4.5.6 Отстройка комплекта 8 дистанционной защиты от рабочего режима ....................................................... 65 4.6 Пересчёт уставок ко вторичным цепям ............................................................................................................ 66 4.7 Ток точной работы ............................................................................................................................................. 67 4.8 Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах подстанций А и В .................................................... 69 4.8.1 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции А .......................................................... 69 4.8.2 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции В .......................................................... 71 5 ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ТНЗНП) .................... 73 5.1 Расчёт параметров нулевой последовательности ............................................................................................ 73 5.2 Расчёт уставок ТНЗНП....................................................................................................................................... 76 5.2.1 Расчёт первой ступени ТНЗНП 2 комплекта ................................................................................................ 76 5.2.2 Расчёт второй ступени ТНЗНП 2 комплекта................................................................................................. 81 5.2.3 Расчёт третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта ............................................................................................... 90 5.2.4 Расчёт четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта ........................................................................................... 91 5.2.5 Расчёт выдержки времени второй ступени ТНЗНП 2 комплекта ............................................................... 98 5.2.6 Расчёт выдержки времени третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта .............................................................. 99 5.2.7 Расчёт выдержки времени четвертой ступени ТНЗНП 2 комплекта .......................................................... 99 5.3 Пересчёт уставок ко вторичным цепям ............................................................................................................ 99 6 ОХРАНА ТРУДА ................................................................................................................................................ 101 6.1 Расчёт защитного заземления подстанции ..................................................................................................... 101 6.2 Меры безопасности при эксплуатации реле .................................................................................................. 105 7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ .............................................................. 107 7.1 Оценка экономической эффективности релейной защиты .......................................................................... 107 7.2 Принципы оценки экономической эффективности релейной защиты и автоматики ................................ 108 7.3 Классификация ущерба .................................................................................................................................... 109 7.4 Оценка экономического ущерба. .................................................................................................................... 111 8 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ........................................................................ 112 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ...................................................................................................................................................... 120 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................................................................. 122 5

ВВЕДЕНИЕ Электроэнергетическая система – сложный энергетический объект, представляющий собой совокупность многих объектов, а именно: электрические станции в качестве источников электрической энергии; воздушные и кабельные линии в виде элементов передачи; открытые, закрытые и другие распределительные устройства в качестве элементов распределения и нагрузка в виде потребителя электрической энергии. В процессе работы системы возникают ненормальные режимы работы сети и аварии на объектах. Развитие аварии может быть устранено быстрым отключением поврежденного участка при помощи специальных автоматических устройств – релейной защиты. Основными назначениями релейной защиты являются: - выявление поврежденного элемента и отключение данного элемента с помощью ближайших выключателей; - обнаружение нарушений нормального режима и в зависимости от характера нарушения релейная защита восстанавливает режим или подаёт сигнал. Целью выпускной работы является анализ возможных режимов сети для расчёта уставок релейной защиты, а также моделирование распределительной системы в программном обеспечении PSCAD. Основной вид повреждения высоковольтных линий – короткое замыкание. В сетях с эффективно-заземлённой нейтралью (110 кВ и выше) имеют место как однофазные, так и междуфазные короткие замыкания. В распределительных сетях 110-220 кВ в качестве основных и резервных защит от междуфазных КЗ применяется ступенчатая дистанционная защита, а от коротких замыкания на землю – ступенчатая токовая направленная защита нулевой последовательности (ТНЗНП). На линиях 110 кВ и выше данные защиты используются в качестве резервных при наличии двухстороннего питания. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Произвести обзор АСУТП гидроэлектростанции; 2. Привести исходные данные к значениям, необходимым для дальнейших расчётов; 6

3. Рассчитать уставки дистанционной и токовой защит от междуфазных коротких замыканий и вычислить коэффициент чувствительности каждой уставки; 4. Рассчитать ток точной работы, остаточное напряжение на питающих шинах, отстроить активные уставки дистанционной работы от рабочего режима, пересчитать рассчитанные уставки ко вторичным цепям; 5. Рассчитать уставки токовой направленной защиты нулевой последовательности от коротких замыканий на землю и вычислить коэффициент чувствительности каждой уставки; 6. Смоделировать распределительную систему для проверки рассчитанных уставок. Предметом исследования являются такие защиты, как дифференциальная и токовая направленная защита нулевой последовательности. Объектом исследования является электроэнергетическая система 220/110 кВ, включающая две системы и гидроэлектростанцию. Дифференциальная защита – защита, измерительный орган которой реагирует на изменение сопротивления на зажимах реле. Преимущества дифференциальной защиты: - зона действия не зависит от вида короткого замыкания при подключении реле на линейное напряжения и на разность токов фаз; - дифференциальная защита является направленной и не нуждается в реле направления мощности; - является ступенчатой. ТНЗНП – токовая направленная защита нулевой последовательности, реагирующая на токи нулевой последовательности. Достоинства ТНЗНП: - большая чувствительность; - небольшие выдержки времени; - является ступенчатой; - не требуются дополнительные источники тока, т.к. трансформаторы тока включены по схеме полной звезды, где обратный провод – фильтр токов нулевой 7

последовательности. Из этого же достоинства можно сказать, что требуется только один реагирующий орган релейной защиты. В выпускной квалификационной работе были использованы следующие методы исследования: - системный анализ; - структурирование; - формализация; - моделирование распределительной сети; - сравнительный метод (сравнение ручного расчёта с результатами моделирования распределительной сети). Решение поставленных задач начнём с обзора автоматизированной системы управления технологическими процессами гидроэлектростанции. 8

1 АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ 1.1 АСУТП ГЭС Автоматизированная система управления технологическими процессами – система, состоящая из эксплуатационного персонала и комплекса средств автоматизации, как основного, так и вспомогательного оборудования электрической станции, обеспечивающая процесс производства и выдачи электроэнергии [13]. Основная задача АСУТП заключается в управлении технологическими процессами электрической станции с минимальным участием человека. АСУТП является многоуровневой системой, которая включает в себя верхний и нижний уровни в обязательном порядке, но также допускается ввод среднего уровня. В верхнем уровне контроля и управления АСУТП происходит наблюдение за технологическими процессами, происходящими на станции и непосредственно управление работой станции. В нижнем уровне контроля и управления АСУТП, где происходит ввод информации от оборудования станции и дальнейшая обработка данной информации, происходит взаимодействие с таким оборудованием, как: трансформаторы, выключатели, генераторы и т.д. Средний уровень контроля схож с нижним, но взаимодействуют с блоком оборудования, к примеру – «генератор – трансформатор». Количество уровней определяется при проектировании АСУТП. АСУТП охватывает ряд подсистем. К таковым можно отнести: - система регулирования активной и реактивной мощностей; - система управления схемой ОРУ; - система релейной защиты; - система электрических нужд электростанции; - система управления затворами; - система управления насосами. К АСУТП предъявляется ряд требований по функционированию, например: - измерять, контролировать и преобразовывать технологические параметры, к которым относятся: ток, напряжение, мощность, частота и т.д.; 9

- хранить, обновлять и формировать информацию, осуществлять контроль достоверности, обменивать информацию с диспетчерским управлением; - контролировать работоспособность и сигнализировать неисправность компонентов АСУТП. К основным задачам АСУТП можно отнести: - аварийная, а также предупредительная сигнализация для обеспечения персонала информацией (звуковые, световые сигналы); - измерение технологических параметров и дальнейший вывод измеренных величин персоналу; - контроль производства и передачи электрической энергии; - управление оборудованием электрической станции. Представим схему автоматизированной системы технологическими процессами гидроэлектростанции на рисунке 1.1. Рисунок 1.1 – АСУТП ГЭС 10 управления

На данном рисунке представлены станционный (верхний) и агрегатный (нижний) уровни, а также канал связи Ethernet. К верхнему уровню относятся: - операторские станции на ЦПУ; - центральный контроллер; - диспетчерский щит. В нижний уровень входят: - контроллер вспомогательного устройства ГЭС; - контроллер оборудования ОРУ. 1.2 Подсистема релейной защиты Подсистема релейной защиты является составной частью АСУТП. К основным функциям подсистемы релейной защиты можно отнести: - защита ЛЭП; - защита трансформаторов и автотрансформаторов; - резервирование; - аварийная частотная разгрузка; - защита от асинхронного хода, перегрузки. На данный момент многие электростанции все ещё используют механические реле, хотя цифровая техника имеет ряд преимуществ. К таковым можно отнести: - повышенная надёжность; - улучшенный контроль состояния оборудования; - увеличенный объём информации; - меньшие суммарные затраты; - возможность применения новых технических средств. В данной работе рассмотрена электроэнергетическая система 220/110 кВ, которая включает в себя гидроэлектростанцию и две системы. Для воздушных линий 110 кВ необходимо рассчитать релейную защиту от междуфазных коротких замыканий, а также от коротких замыканий на землю. 11

2 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ Таблица 2.1 – Исходные данные Длина линий L1 L'4 L3 L''4 L5 L6 L7 35 45 12 км 80 50 15 19 Система СА Система СB X1 X0 Max/Min Max/Min МВА Ом Ом 250 3,9/4,8 2,4/3,1 SAT1(2)ном X1 X0 Max/Min Max/Min МВА Ом Ом 250 7/9 6/8 SAT3(4)ном Трансформаторные подстанции С D Т5 Sном Kсзп tмтз Sном Kсзп tмтз Sном Kсзп tмтз МВА о.е. Сек МВА о.е. Сек МВА о.е. Сек 16 2,2 1,2 40 2,1 1,6 16 2,1 1,2 Переток мощности по L1(2) Длина кабеля S1-2 S2-1 м МВА МВА 90 50 65 Параметры срабатывания защит смежных элементов (от междуфазных КЗ/ от КЗ на землю) АТ1(2) 160/0,39 165/0,07 АТ3(4) 0,4/0,4 150/0,21 2,4/1,6 160/0,06 Л6 17/0,5 24/0,3 0,4/0,4 2,4/2,0 Л7 38/0,2 11/0,3 2,0/1,6 14/0,2 25/0,1 Уставки ТНЗНП, необходимые для расчёта , кА ( ) 0,25 0,9 12 2,4/1,6

Для определения сечения линий кольцевой схемы следует рассчитать нагрузку на подстанциях D и C, а также нагрузку трансформатора Т5 (2.1) где Kзагр – коэффициент загрузки трансформаторов на подстанциях, равный 0,6. Определим сечения линий по следующим условиям - По максимально-допустимому току; - По механической прочности. Линия L3 Для линии L3 максимальный переток соответствует режиму при отключенном выключателе 5 (2.2) √ √ Провод АС с сеченим 150/19 удовлетворяет условию максимальнодопустимого тока (Iдд = 450 А, r0 = 0,204 Ом/км, x0 = 0,42 Ом/км) [6]. По механической прочности минимально возможным сечением в сети 110 кВ является 95/16. В итоге выбираем для линии L3 наибольшее сечением АС 150/19. Линия L5 Для линии L5 максимальный переток соответствует режиму при отключенном выключателя 3, но, очевидно, что данный переток равен перетоку линии L3 Тогда выбираем провод АС 150/19 для линии L5. Для линии L4 рассчитаем два возможных перетока и выберем максимальных из них При отключенном выключателе 3 14

√ При отключенном выключателе 5 Провод АС с √ сеченим 95/16 √ √ удовлетворяет условию максимально- допустимого тока (Iдд = 330 А, r0 = 0,306 Ом/км, x0 = 0,434 Ом/км) [6]. Провод АС 95/16 удовлетворяет все условия. Рассчитаем максимальный переток для линии L1(2) (2.3) √ √ С учётом всех условий выбираем провод марки АС с сечением 95/16. Рассчитаем сопротивления выбранных ВЛ (2.4) После выбора воздушных линий следует выбрать оборудование с помощью исходных данных. В качестве автотрансформаторов (АТ 1-4) выбираем АТДЦТН-250000/220/110 [6]. Запишем нужные для расчёта его параметры UkВН-СН = 11 %. UkСН-НН = 20 %. UkВН-НН = 32 %. ( 15 ) (2.5)

( ( ( ) ) ) ( ( Рассчитаем сопротивления обмоток автотрансформатора ) ) (2.6) В качестве трансформатора на подстанции С считаем трансформатор ТДТН40000/110[6]. Запишем нужные для расчёта его параметры UkВН-СН = 10,5 %. UkСН-НН = 6,5 %. UkВН-НН = 17,5 %. ( ( ( ) ) ) ( ( ( ) ) Рассчитаем сопротивления обмоток трансформатора подстанции С ) В качестве трансформатора на подстанции D принимаем трансформатор ТДН16000/110[6]. Запишем нужные для расчёта его параметры UkВН-НН = 10,5 %. Рассчитаем сопротивления обмоток трансформатора подстанции D 16

В качестве трансформатора Т5 считаем трансформатор ТДН-16000/110[6]. Для дальнейших расчётов следует привести сопротивления систем СА и СВ к Uср.ном, т.е. к 115 кВ ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Также следует привести уставки резервных защит автотрансформаторов к 115 кВ: 17

Рисунок 2.2 – Схема замещения сети прямой последовательности 18

3 РАСЧЁТ ТОКОВЫХ ЗАЩИТ ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КЗ 3.1 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 6 Согласно ПУЭ [8] на приёмных концах линий кольцевой части схемы, а именно на комплектах защиты 4 и 6, следует установить токовую направленную защиту от междуфазных коротких замыканий без выдержки времени. Ток срабатывания выбирается по следующим условиям 1) Отстройка от двухфазного тока короткого замыкания в минимальном режиме при каскадном режиме после отключения комплекта защиты выключателя 5. Режим: Система А в минимальном режиме, в работе два автотрансформатора подстанции А АТ(1-2), одна линия L1, один автотрансформатор подстанции В АТ(3), система В в минимальном режиме, отключен выключатель 5. Сэквивалентируем системы А и В ) ( ( ) (3.1) где EСА = EСВ = Uср.ном = 115 кВ. ) ( ( ( ) ( 19 ) ) (3.2)

Рисунок 3.1 – Схема замещения для расчёта токовой отсечки на приёмных концах линий кольцевой части схемы комплекта защиты 6 ( ) ( ) √ √ ( ) ( (3.3) ) Задавшись коэффициентом чувствительности Kч = 1,5, рассчитаем ток срабатывания √ √ ( ) (3.4) 2) По условию допустимой величины коэффициента чувствительности Kч = = 1,5 в точке равной чувствительности. Сопротивление до точки равной чувствительности определяется следующим выражением (3.5) Вычислим ток двухфазного КЗ в точке равной чувствительности(ТРЧ) 20

√ ( ) √ ( (3.6) ) где Xкольца – эквивалентное сопротивление кольца до ТРЧ. ) ( ( ( ) √ (3.7) ) √ ( ) Рассчитаем ток, протекающий по комплекту защиты 6 ( ) ( ) (3.8) ( ) Вычислим ток срабатывания защиты по второму условию ( ) Определяющим является условие с наименьшим значением уставки 3.2 Расчёт токовой отсечки на приёмном конце линии кольцевой части схемы комплекта защиты 4 Ток срабатывания рассчитывается по таким же условиям, как и для комплекта защиты 6. 1) При отстройке от двухфазного тока короткого замыкания в минимальном режиме при каскадном режиме после отключения комплекта защиты выключателя 3 2) Расчёт тока срабатывания защиты 4 по условию допустимой величины коэффициента чувствительности в точке равной чувствительности Определяющим является условие с наименьшим значением уставки 21

4 РАСЧЁТ ДИСТАНЦИОННОЙ ЗАЩИТЫ 4.1 Расчёт дистанционной защиты по индуктивному сопротивлению 4.1.1 Комплекты защиты 2 и 2' Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии (4.1) где KIотс – коэффициент отстройки первой ступени, равный 0,85. Вторая ступень дистанционной защиты Основным назначением второй ступени дистанционной защиты является защита всей линии с коэффициентом чувствительности не менее 1,25. 1) Отстроим уставку комплекта защиты 2 от короткого замыкания в конце зоны действия I ступени комплекта защиты 1' параллельной линии L2 в каскадном режиме после отключения комплекта защиты 2' ) ( (4.2) где KIIотс – коэффициент отстройки второй ступени, равный 0,8; KТmax – максимально возможное значение коэффициента тока распределения. Произведём расчёт максимального коэффициента токораспределения KТmax Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в максимальном режиме. 22

Рисунок 4.1 – Схема замещения для отстройки уставки второй ступени защиты 2 от КЗ на параллельной линии L2 (4.3) Рассчитаем уставку по выражению (4.2) ( ( ) ) 2) Отстроим уставку комплекта защиты 2 от короткого замыкания в конце зоны действия I ступени комплекта защиты 9 смежной линии L6 ( ) (4.4) Произведём расчёт максимального коэффициента токораспределения KТmax Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одноцепной режим линий L1, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в максимальном режиме. 23

Рисунок 4.2 – Схема замещения для отстройки уставки второй ступени защиты 2 от КЗ на смежной линии L6 ) ( 3) Отстроим уставку комплекта защиты 2 от короткого замыкания на стороне высокого напряжения автотрансформатора АТ1(2) ( ) (4.5) Произведём расчёт максимального коэффициента токораспределения KТmax Режим: Система А в минимальном режиме, два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), одноцепной режим линии L1, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в максимальном режиме. 24

Рисунок 4.3 – Схема замещения для отстройки уставки второй ступени защиты 2 от КЗ на высокой стороне автотрансформатора АТ1(2) ( ) Уставку комплекта защиты 2 не целесообразно отстраивать от короткого замыкания на низкой стороне автотрансформатора по следующим причинам: 1) Сопротивление низкой стороны автотрансформатора гораздно больше сопротивления высокой стороны; 2) При отстройки от КЗ на высокой стороне автотрансформаторы работают параллельно, что обеспечивает меньшую уставку. Определяющим условием является то, чья уставка наименьшая. Следовательно, Рассчитаем коэффициент чувствительности защиты с выбранной уставкой (4.6) Согласно ПУЭ [8] данный коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям. 25

4) Для увеличения коэффициента чувствительности второй ступени комплекта защиты 2 согласуем её с третьей ступенью дистанционной защиты автотрансформатора ( ( ) ) (4.7) Проверим коэффициент чувствительности защиты с новой уставкой Третья ступень дистанционной защиты Основное назначение третьей ступени дистанционной защиты – ближнее и дальнее резервирование. Уставка по реактивной оси выбирается по условию отключения короткого замыкания в зоне дальнего резервирования защиты, приняв коэффициент чувствительности Kч = 1,25 где ( ) (4.8) - коэффициент отстройки третьей ступени защиты, равный 1,25; KТmin – минимально возможный коэффициент распределение. 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 2 от КЗ на смежной линии L6 ( ) где K'T – коэффициент токораспределения, учитывающий двухцепной режим линии L1, равный 0,5. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KTmin Режим: Система А в максимальном режиме, в работе два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), две линии (L1,2), один автотрансформатор подстанции В (АТ3), система В в минимальном режиме. 26

Рисунок 4.4 – Схема замещения для отстройки уставки третьей ступени защиты 2 от КЗ на смежной линии L6 Для расчёта третьей ступени уставки следует вычислить сопротивление линии L6. Воспользуемся следующим выражением (4.9) Рассчитаем уставку третьей ступени ) ( 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 2 от короткого замыкания на низкой стороне автотрансформатора АТ1 ( 27 )

Рисунок 4.5 – Схема замещения для отстройки уставки третьей ступени защиты 2 от КЗ на низкой стороне автотрансформатора АТ1 ) ( Из полученных результатов следует выбрать максимальную уставку третьей ступени 4.1.2 Комплект защиты 8 Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии с помощью выражения (4.1) Нецелесообразно рассчитывать уставку первой ступени, учитывая сопротивление трансформатора Т5, т.к. его сопротивление многократно превышает сопротивление линии и при КЗ за Т5 первая ступень защиты 8 не почувствует его. Вторая ступень дистанционной защиты 1) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 8 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени токовой отсечки комплекта защиты 6 на смежной линии L5 28

( ) Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. Рисунок 4.6 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 8 от КЗ на смежной линии L5 Рассчитаем уставку отсечки комплекта защиты 6 √ ( √ ( ( ) ) ) Вычислим максимальный коэффициент токораспределения KТmax Определим уставку второй ступени защиты 8 ( ) 2) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 8 от короткого замыкания за трансформатором Т1 ( 29 )

Регулированием коэффициентов трансформации пренебрегаем с целью сокращения объёма расчёта. Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. Рисунок 4.7 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 8 от КЗ за трансформатором Т1 Вычислим максимальный коэффициент токораспределения KТmax Рассчитаем уставку ( ) 3) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 8 от короткого замыкания за трансформатором Т5 ( ) Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. 30

Рисунок 4.8 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 8 от КЗ за трансформатором Т5 Вычислим максимальный коэффициент токораспределения KТmax Рассчитаем уставку ( ) Определяющим условием является наименьшее значение уставки Рассчитаем коэффициент чувствительности при данной уставке Третья ступень дистанционной защиты 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 8 от КЗ на смежной линии L5, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( 31 )

Рисунок 4.9 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 8 от КЗ на смежной линии L5 Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ( ) 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 8 от КЗ за трансформатором Т1, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( 32 )

Рисунок 4.10 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 8 от КЗ за трансформатором Т1 Режим: замкнутое кольцо. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ) ( Из полученных результатов следует выбрать наибольшую уставку 4.1.3 Комплект защиты 3 Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии с помощью выражения (4.1) Вторая ступень дистанционной защиты 1) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 3 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени комплекта защиты 12 на смежной линии L7 ( 33 )

Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. Рисунок 4.11 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 3 от КЗ на смежной линии L7 Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. Рассчитаем максимальный коэффициент токораспределения KTmax Рассчитаем уставку ( ) 2) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 3 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени токовой отсечки комплекта защиты 8 на смежной линии L4 ) ( Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. 34

Рисунок 4.12 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 3 от КЗ на смежной линии L4 Рассчитаем максимальный коэффициент токораспределения KTmax Рассчитаем уставку ( ) 3) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 3 от короткого замыкания на средней стороне трансформатора (Т3-4) ( ) Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. 35

Рисунок 4.13 – Схема замещения для расчёта уставки второй ступени защиты 3 от КЗ на средней стороне трансформатора Т3-4 Рассчитаем максимальный коэффициент токораспределения KTmax Рассчитаем уставку ) ( Нецелесообразно отстраивать уставку относительно короткого замыкания на низкой стороне трансформатора, так как сопротивление низкой стороны гораздо больше сопротивления средней стороны. Определяющим является условие с наименьшим значением уставки Рассчитаем коэффициент чувствительности Согласно ПУЭ [8] данный коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям. Следует отстроить вторую ступень 3 комплекта защиты от вторых ступеней смежных элементов. 36

4) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 3 от второй ступени комплекта защиты 12 линии L7 Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. ( ( ) ) 5) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 3 от второй ступени комплекта защиты 8 линии L4 Режим: разомкнутый режим кольца при отключенном выключателе 5. ( ( ) ) Определяющим является условие с наименьшим значением уставки Рассчитаем коэффициент чувствительности Третья ступень дистанционной защиты 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 3 от КЗ на смежной линии L7, для этого воспользуемся выражением (4.8) Режим: замкнутое кольцо. ( ) Рассчитаем сопротивление линии XL7, воспользовавшись выражением (4.9) 37

Рисунок 4.14 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 3 от КЗ на смежной линии L7 Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ) ( 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 3 от КЗ на низкой стороне трансформатора Т3, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ) 38

Рисунок 4.15 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 3 от КЗ на низкой стороне трансформатора Т3 Режим: замкнутое кольцо. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ( ) Нецелесообразно отстраивать третью ступень от КЗ на средней стороне трансформатора вследствие её малого сопротивления. 3) Отстроим третью ступень комплекта защиты 3 от КЗ на смежной линии L4, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( 39 )

Рисунок 4.16 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 3 от КЗ на смежной линии L4 Режим: разомкнутое кольцо. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ( ) 4) Отстроим третью ступень комплекта защиты 3 от КЗ за трансформатором Т5, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ) 40

Рисунок 4.17 – Схема замещения для расчёта уставки третьей ступени защиты 3 от КЗ за трансформатором Т5 Режим: замкнутое кольцо. Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения KТmin Вычислим уставку ( ) Определяющим является условие с наибольшим значением уставки 4.1.4 Комплект защиты 7 Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии с помощью выражения (4.1) Не стоит отстраивать первую ступень от КЗ за трансформатором Т5 вследствие его большого сопротивления Вторая ступень дистанционной защиты 1) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 7 от короткого замыкания за трансформатором Т5 41

( ( ) ) 2) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 7 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени комплекта защиты 12 смежной линии L7 ( ( ) ) 3) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 7 от короткого замыкания на средней стороне трансформатора Т3 ( ) ) ( 4) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 7 от короткого замыкания в конце зоны действия токовой отсечки комплекта защиты 4 смежной линии L3 ( ( ) ) Из полученных результатов нужно выбрать наименьшую уставку Рассчитаем коэффициент чувствительности 42

Третья ступень дистанционной защиты 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 7 от КЗ на смежной линии L7, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( ) ) 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 7 от КЗ на низкой стороне трансформатора Т3, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( ) ) Нецелесообразно отстраивать третью ступень от КЗ на средней стороне трансформатора вследствие её малого сопротивления. 3) Отстроим третью ступень комплекта защиты 7 от КЗ на смежной линии L3, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( ) ) Определяющим является условие с наибольшим значением уставки 4.1.5 Комплект защиты 5 Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии с помощью выражения (4.1) 43

Вторая ступень дистанционной защиты 1) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 5 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени комплекта защиты 7 на смежной линии L4 ( ( ) ) 2) Отстроим уставку второй ступени комплекта защиты 5 от короткого замыкания за трансформатором Т1 ( ( ) ) Определяющим условием является наименьшее значение уставки Рассчитаем коэффициент чувствительности при данной уставке Третья ступень дистанционной защиты 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 5 от КЗ на смежной линии L4, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( ) ) 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 5 от КЗ за трансформатором Т1, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( 44 ) )

3) Отстроим третью ступень комплекта защиты 5 от КЗ за трансформатором Т5, для этого воспользуемся выражением (4.8) ( ( ) ) Из полученных результатов следует выбрать наибольшую уставку 4.1.6 Комплекты защиты 1 и 1' Рассчитаем уставку первой ступени по реактивной оси по условию отстройки от короткого замыкания в конце линии Вторая ступень дистанционной защиты 1) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания в конце зоны действия I ступени комплекта защиты 2' параллельной линии L2 в каскадном режиме после отключения комплекта защиты 1' ( ( ) ) 2) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания на стороне высокого напряжения АТ3(4) ) ( ) ( 3) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания на смежной линии L3 кольцевой части схемы 45

( ( ) ) 4) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания на смежной линии L5 кольцевой части схемы ( ( ) ) 5) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени защиты 3 на смежной линии L3 кольцевой части схемы ( ( ) ) 6) Отстроим уставку комплекта защиты 1 от короткого замыкания в конце зоны действия первой ступени защиты 5 на смежной линии L5 кольцевой части схемы ( ( ) ) Определяющим условием является наименьшее значение уставки Рассчитаем коэффициент чувствительности при данной уставке Согласно ПУЭ [8] данный коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям. 46

7) Для увеличения коэффициента чувствительности второй ступени комплекта защиты 1 согласуем её с третьей ступенью дистанционной защиты автотрансформатора ( ) ( (4.10) ) Проверим коэффициент чувствительности защиты с новой уставкой Третья ступень дистанционной защиты 1) Отстроим третью ступень комплекта защиты 1 от КЗ на смежной линии L5 ( ( ) ) 2) Отстроим третью ступень комплекта защиты 1 от КЗ на смежной линии L3 ( ( ) ) 3) Отстроим третью ступень комплекта защиты 1 от короткого замыкания на низкой стороне автотрансформатора АТ3 ( ( ) ) Из полученных результатов следует выбрать максимальную уставку третьей ступени 47

4.2 Расчёт времени срабатывания вторых ступеней дистанционной защиты При согласовании второй ступени дистанционной защиты с быстродействующими ступенями и при наличии УРОВ, выдержка времени рассчитывается по следующему выражению (4.11) где ∆t – ступень селективности, равная 0,4 с; tУРОВ – выдержка времени устройства резервирования отказа выключателя, равная 0,2 с. При согласовании второй ступени дистанционной защиты с третьими ступенями и наличии УРОВ, выдержка времени рассчитывается по следующему выражению (4.12) где – выдержка времени защиты, с которой выполнялось согласование. 4.2.1 Комплекты защиты 1 и 1' Так как вторые ступени комплектов защит 1 и 1' были согласованы с третьей ступенью дистанционной защиты АТ3(4), следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.12) 4.2.2 Комплекты защиты 2 и 2' Так как вторые ступени комплектов защит 2 и 2' были согласованы с третьей ступенью дистанционной защиты АТ1(2), следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.12) 4.2.3 Комплект защиты 5 Так как вторая ступень комплекта защиты 5 была согласована с быстродействующей ступенью дистанционной защиты, следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.11) 48

4.2.4 Комплект защиты 7 Так как вторая ступень комплекта защиты 7 была согласована с быстродействующей ступенью дистанционной защиты, следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.11) 4.2.5 Комплект защиты 8 Так как вторая ступень комплекта защиты 8 была согласована с быстродействующей ступенью дистанционной защиты, следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.11) 4.2.6 Комплект защиты 3 Так как вторая ступень комплекта защиты 3 была согласована с второй ступенью смежных линий, следует рассчитать время срабатывания с помощью выражения (4.13) - Комплект защиты 12 линии L7 tIIсз-12 = 0,6 с; - Комплект защиты 8 линии L4 tIIсз-8 = 0,6 с. 4.3 Расчёт времени срабатывания третьих ступеней дистанционной защиты Расчёт времени срабатывания резервной ступени дистанционной защиты заключается в согласовании третьей ступени защищаемого объекта с резервными защитами смежных участков по ступени селективности. 4.3.1 Комплект защиты 8 Время срабатывания резервирующей ступени комплекта защиты 8 следует согласовывать со следующими смежными участками: - Трансформатор Т1(2) tIIIсз-Т1 = 1,2 с; - Трансформатор T5 tIIIсз-Т5 = 1,2 с. Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 49

4.3.2 Комплект защиты 3 Время срабатывания резервирующей ступени комплекта защиты 3 следует согласовывать со следующими смежными участками: - Комплект защиты 12 линии L7 tIIIсз-12 = 2,4 с; - Трансформатор T3(4) tIIIсз-Т3 = 1,6 с; - Комплект защиты 8 линии L4 tIIIсз-8 = 1,8 с. Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 4.3.3 Комплект защиты 7 Время срабатывания резервирующей ступени комплекта защиты 7 следует согласовывать со следующими смежными участками: - Комплект защиты 12 линии L7 tIIIсз-12 = 2,4 с; - Трансформатор T3(4) tIIIсз-Т3 = 1,6 с; - Трансформатор T5 tIIIсз-Т5 = 1,2 с. Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 4.3.4 Комплект защиты 5 Время срабатывания резервирующей ступени комплекта защиты 5 следует согласовывать со следующими смежными участками: - Комплект защиты 7 линии L4 tIIIсз-7 = 3 с; - Трансформатор Т1(2) tIIIсз-Т1 = 1,2 с. Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 4.3.5 Комплекты защит 1 и 1' Время срабатывания резервирующей ступени комплектов защиты 1 и 1' следует согласовывать со следующими смежными участками: - Комплект защиты 5 линии L5 tIIIсз-5 = 3,6 с; - Комплект защиты 3 линии L3 tIIIсз-3 = 3 с. 50

Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 4.3.6 Комплекты защит 2 и 2' Время срабатывания резервирующей ступени комплектов защиты 2 и 2' следует согласовывать со следующими смежными участками: - Комплект защиты 9 линии L6 tIIIсз-9 = 2 с. Согласование осуществляется с наибольшей выдержкой времени 4.4 Расчёт дистанционной защиты по активному сопротивлению Расчёт дистанционной защиты по активному сопротивлению заключается в обеспечении достаточной чувствительности к КЗ, сопровождающемуся дугой предельно возможной длины. Первая и вторая ступень дистанционной защиты по активному сопротивлению рассчитываются по следующему выражению (4.14) ( ) Третья ступень дистанционной защиты по активному сопротивлению рассчитывается по следующему выражению ( ( ( ) ) ( ) (4.15) где Kч – коэффициент чувствительности для расчёта дистанционной защиты по активному сопротивлению, равный 1,1; ( ) - ток двухфазного короткого замыкания, протекающий по защищаемому элементу. Для первой ступени длина дуги Lд = 4 м; для второй ступени длина дуги составляет Lд = 8 м; для третьей ступени Lд = 24 м. 4.4.1 Комплекты защиты 1 и 1' Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L1 51

Режим: система А в минимальном режиме, один автотрансформатора подстанции А А(Т1), двухцепной режим линии L1,2. ( ) √ √ ( ) ( ) Так как линия находится в двухцепном режиме, то ток, протекающий по защите, равен половине тока короткого замыкания ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) Третья ступень дистанционной защиты ) ( 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L3 Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания Режим: Система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), две линии L1,2, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в максимальном режиме, отключен выключатель 5. Рассчитаем эквивалентное сопротивление ( ( ) ( ) ( 52 ) )

( ) ( ) ( ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) 2) Короткое замыкания в конце смежной линии L5 ( ) ( ) ( ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) Из полученных результатов следует выбрать максимальную уставку третьей ступени 4.4.2 Комплекты защиты 2 и 2' Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L1 53

Режим: система В в минимальном режиме, 1хАТ3, двухцепной режим линии L1. ( ) √ √ ( ) ( ) Так как линия находится в двухцепном режиме, то ток, протекающий по защите, равен половине тока короткого замыкания ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) Третья ступень дистанционной защиты 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L6 Так как неизвестно нормированное сечение линии L6 скажем, что у L6 такое же сечение, как и у линии L1, тогда φ1 = φКЗ. Режим: Система А в максимальном режиме, в работе два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), две линии L1,2, один автотрансформатор подстанции B (АТ3), система В в минимальном режиме. ( ) ( ( ( ) ) ) ( ( ) ( ) ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения 54

( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ) ( 4.4.3 Комплект защиты 5 Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L5 Режим: Система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одна линия L1, два автотрансформатора подстанции В АТ(3-4), система В в минимальном режиме. ( ) ( √ ( ) ( ) √ ) ( ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) ) Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты 55

Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) Третья ступень дистанционной защиты ( 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L4 Режим: замкнутое кольцо. ( ) ( ( ( ) ) ) ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) 4.4.4 Комплект защиты 7 Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L4 Режим: Система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одна линия L1, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в минимальном режиме. ( ) ( ) 56

√ ( ) ( ) ( √ ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) ) Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) Третья ступень дистанционной защиты 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L3 ) ( Режим: разомкнутое кольцо, отключен выключатель 3. ( ) ( ) ( ( ) ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) 57

Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) 2) Короткое замыкания в конце смежной линии L7 ) Режим: замкнутое кольцо Так как сечение линии L7 неизвестно, примем, что сечение L7 равно сечению L3. Рассчитаем активное сопротивление L7 (4.16) R7 = 0,204·12 = 2,448 Ом. ( ) ( ) ( ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) Из полученных результатов следует выбрать максимальную уставку третьей ступени 4.4.5 Комплект защиты 3 Первая ступень дистанционной защиты 58

Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L3 Режим: Система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одна линия L1, два автотрансформатора (АТ3-4), система В в минимальном режиме. ( ) ) ( √ ( ) ( ) √ ( ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) ) Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты Так как вторая ступень третьего комплекта дистанционной защиты отстраивалась от смежных защит с выдержкой времени, то Lд = 12 м. Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L7(φл=φкз) Режим: замкнутое кольцо ( ) √ √ ( ( ( 59 ) ) )

Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ) ( 2) Короткое замыкания в конце смежной линии L4 Режим: замкнутое кольцо. ( ) ) ( ( ( ( ) ) ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) 4.4.6 Комплект защиты 8 Первая ступень дистанционной защиты Рассчитаем ток двухфазного короткого замыкания при КЗ в конце линии L4 Режим: Система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одна линия L1, два автотрансформатора подстанции В АТ(3-4), система В в минимальном режиме. 60

( ) ( √ ( ) ( ) √ ) ( ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) ) Рассчитаем минимальный коэффициент токораспределения ( ) ( ) Рассчитаем уставку первой ступени, используя выражение (4.14) Вторая ступень дистанционной защиты Рассчитаем уставку второй ступени, используя выражение (4.14) Третья ступень 1) Короткое замыкания в конце смежной линии L5 Режим: разомкнутое кольцо, отключен 5 выключатель √ ( ) √ ( ) Воспользуемся ранее рассчитанным коэффициентом токораспределения ( ) ( ) ( 61 )

Рассчитаем уставку третьей ступени ( ( ( ) ) ) Рассчитанные уставки дистанционной защиты занесём в таблицу 4.1. Таблица 4.1 – Уставки ДЗ № 1 и 1' 29,51 43,97 355,4 2,013 4,026 66,603 2 и 2' 29,51 44,87 396,7 2,097 4,193 79,74 3 17,85 26,88 294,63 1,334 4 13,297 5 12,49 20,79 265 0,996 1,991 13,73 7 12,54 19,72 192,216 1,871 3,742 11,307 8 12,54 59,79 390,81 2,42 4,84 10,25 4.5 Отстройка дистанционной защиты от рабочего режима Уставка третьей ступени дистанционной защиты по активной оси может не обеспечить селективность работы в рабочем режиме, учитывая самозапуск, для этого следует выбрать уставку по следующему условию ( ) в рабочем где Zрабmin – минимальное рабочее сопротивление; Минимальное сопротивление (4.17) режиме рассчитывается по следующему выражению (4.18) где Uрабmin = 110 кВ; Kсзп – коэффициент самозапуска, φр = φсзп = φрабmin. Если уставка, рассчитанная по выражению (4.17) меньше расчётной уставки, то вводится блок-программа отстройки со следующими параметрами: 62

4.5.1 Отстройка комплектов 1 и 1' дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по выражению (4.18) Вычислим уставку по выражению (4.17) Сравним уставки Так как уставка ( меньше уставки ) , то следует ввести блок-программу, тогда 4.5.2 Отстройка комплектов 2 и 2' дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по выражению (4.18) Вычислим уставку по выражению (4.17) 63

Сравним уставки Так как уставка ( ) меньше уставки , то следует ввести блок-программу, тогда 4.5.3 Отстройка комплекта 3 дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по следующему выражению (4.19) Вычислим уставку по выражению (4.17) Сравним уставки Так как уставка ( больше уставки ) , то блок-программа не требуется. 4.5.4 Отстройка комплекта 5 дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: 64

Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по выражению (4.19) Вычислим уставку по выражению (4.17) Сравним уставки Так как уставка ( больше уставки ) , то блок-программа не требуется. 4.5.5 Отстройка комплекта 7 дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по выражению (4.19) Вычислим уставку по выражению (4.17) Сравним уставки Так как уставка ( больше уставки ) , то блок-программа не требуется. 4.5.6 Отстройка комплекта 8 дистанционной защиты от рабочего режима Запишем необходимые параметры для расчёта: Рассчитаем минимальное сопротивление в рабочем режиме по выражению (4.19) 65

Вычислим уставку по выражению (4.17) ( Сравним уставки Так как уставка больше уставки ) , то блок-программа не требуется. 4.6 Пересчёт уставок ко вторичным цепям Для пересчёта уставок ко вторичным цепям через коэффициенты трансформации ТТ и ТН, следует выбрать ТТ по нагрузочному току и ТН. Запишем нагрузочный ток каждой линии и выберем трансформатор тока по нему Линии L1 и L2 – 326,3 А, следовательно выбираем ТТ KIL1,2 = 400/5 = 80; Линии L3 и L5 – 417,7 А, выбираем ТТ KIL3,5 = 500/5 = 100; Линия L4 – 321,3 А, выбираем ТТ KIL4 = 400/5 = 80. Запишем параметры ТН ТН KU = 110000/100 = 1100. Уставки пересчитываются по следующим выражениям (4.20) (4.21) Следует учесть, что находится в заданных изготовителем пределах. Для Iвтор = 5 А следующие диапазоны Произведём пересчёт уставок для 1 и 1' комплектов дистанционной защиты По индуктивному сопротивлению 66

По активному сопротивлению Так как пересчитанная уставка не входит в диапазон, следовательно Пересчёт остальных комплектов дистанционной защиты производится аналогично, результат пересчёта внесём в таблицу 4.2 Таблица 4.2 – Пересчёт уставок № 1 и 1' 2,146 3,198 25,847 0,2 0,293 4,844 2 и 2' 2,146 3,263 28,851 0,2 0,305 5,814 3 1,623 2,247 26,785 0,2 0,363 1,209 5 1,136 1,89 24,09 0,2 0,2 1,248 7 0,912 1,434 13,979 0,2 0,272 0,822 8 0,912 4,761 28,423 0,2 0,745 0,745 4.7 Ток точной работы Ток точной работы – такой ток, при котором Zср уменьшается по отношению к выставленной уставке на 10%[1]. Коэффициент чувствительности по току точной работы рассчитывается по следующему выражению 67

(4.22) где Iзащmin – минимальный ток в реле при к.з. в конце зоны действия защиты; Iтр – ток точной работы, равный 0,1Iном трансформатора тока. Запишем значения тока точной работы для каждой линии Линии L1 и L2 – IТР1,2 = 400·0,1 = 40 А; Линии L3 и L5 – IТР3,5 = 500·0,1 = 50 А; Линия L4 – IТР4 = 400·0,1 = 40 А. При коротком замыкании в конце ближнего резервирования защиты коэффициент чувствительности должен быть больше 1,3, в конце дальнего резервирования больше 1,1. Произведём расчёт коэффициента чувствительности для 1 и 1' комплектов дистанционной защиты Для первой и второй ступени Для третьей ступени Минимальный ток, протекающий по реле, будет при коротком замыкании в конце линии L3 Расчёт коэффициента чувствительности тока точной работы других комплектов дистанционной защиты производится аналогично. Результат расчёта внесём в таблицу 4.3 68

Таблица 4.3 – Коэффициент чувствительности тока точной работы № Первая и вторая ступень Третья ступень 1 и 1' 28,41 4,78 2 и 2' 27,28 4,29 3 34,30 8,67 5 45,96 6,26 7 30,56 7,72 8 23,60 4,00 Коэффициенты чувствительности тока точной работы удовлетворяют требованиям ПУЭ. 4.8 Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах подстанций А и В ПУЭ рекомендует использовать в качестве критерия устойчивости уровень остаточного напряжения питающих шин. В соответствии ПУЭ [8] все трёхфазные короткие замыкания, которые вызывают снижение напряжения на питающих шинах ниже 0,6Uном, должны отключаться мгновенно. Расчёт остаточного напряжения на питающих шинах находится как падение напряжения от точки короткого замыкания до питающей шины. Для расчёта используем следующее выражение ( ) √ ( ) (4.23) 4.8.1 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции А Для расчёта следует брать наихудший вариант, при котором остаточное напряжение будет наименьшее. Так как уставка первой ступени комплекта дистанционной защиты 9 меньше уставки первой ступени комплекта дистанционной защиты 1' и при расчёте используем одинаковый режим, то следует рассчитать остаточное напряжение при трёхфазном коротком замыкании в конце зоны действия первой ступени 9 комплекта дистанционной защиты. 69

Режим: система А в минимальном режиме, в работе один автотрансформатор подстанции А (АТ1), одна линия L1, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в минимальном режиме. Рисунок 4.18 – Трёхфазное КЗ в конце зоны действия первой ступени 9 комплекта дистанционной защиты Воспользуемся правилом рычага и определим остаточное напряжение на шине А (4.24) Рассчитаем эквивалентное сопротивление ( ( ) ) ( ) ( ) Рассчитаем остаточное напряжение Пересчитаем остаточное напряжение в относительные единицы 70

Полученное остаточное напряжение удовлетворяет требованиям ПУЭ. 4.8.2 Расчёт остаточного напряжения на питающей шине подстанции В Произведём расчёт остаточного напряжения на шине В при коротком замыкании в конце зоны действия первой ступени 5 комплекта дистанционной защиты при каскадном отключении выключателя 6. Режим: система А в минимальном режиме, в работе два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), одна линия L1, один автотрансформатор подстанции В (АТ3), система В в минимальном режиме. Рисунок 4.19 – Трёхфазное КЗ в конце зоны действия первой ступени 5 комплекта дистанционной защиты Воспользуемся правилом рычага и определим остаточное напряжение на шине В (4.25) Рассчитаем эквивалентное сопротивление ( ( ) ( ) ( ) ) 71

Рассчитаем остаточное напряжение Пересчитаем остаточное напряжение в относительные единицы Полученное остаточное напряжение удовлетворяет требованиям ПУЭ. Рассчитывать остаточное напряжение на шине В при трёхфазном КЗ в конце зоны действия первой ступени 2' и 3 комплектов дистанционной защиты при каскадном отключение выключателей 1' и 4 нецелесообразно по следующим причинам: - Рассматривается одинаковый режим, следовательно, Xэкв будет отличаться лишь уставками защит; - Уставки первой ступени перечисленных комплектов больше уставки 5 комплекта дистанционной защиты. 72

5 ТОКОВАЯ НАПРАВЛЕННАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (ТНЗНП) Вводная информация ТНЗНП описана в пункте «ВВЕДЕНИЕ». Для уменьшения расчётов просчитаем ТНЗНП 2 комплекта. Для упрощения расчётов пренебрегаем следующими факторами: - активным сопротивлением; - неполнофазным режимом, вследствие наличия трёхфазного привода выключателей. 5.1 Расчёт параметров нулевой последовательности Параметры схемы нулевой последовательности отличны от прямой вследствие: - Разных путей протекания тока КЗ; - Изменение сопротивления нулевой последовательности линий; - Влияние взаимоиндукции двухцепных линий. Для расчёта параметров схемы нулевой последовательности примем (5.1) Произведём пересчёт линий по выражению (5.1) Рассчитаем взаимоиндукцию линий L1 и L2 по следующему выражению (5.2) 73

Рисунок 5.1 – Схема замещения нулевой последовательности Следует съеквивалентировать сопротивление кольца, так как для 2 комплекта нулевой токовой защиты смежными участками являются автотрансформаторы (АТ1-2) и линия 6. Для начала преобразуем треугольник линий L3, L4 и L5 в звезду Получим следующую схему 74

Рисунок 5.2 – Схема замещения нулевой последовательности при эквивалентировании кольца Найдём эквивалентное сопротивление кольца ( ( Окончательно получим ) ( ) ( 75 ) ) (5.3)

Рисунок 5.3 – Схема замещения нулевой последовательности для расчёта ТНЗНП 5.2 Расчёт уставок ТНЗНП 5.2.1 Расчёт первой ступени ТНЗНП 2 комплекта Первая ступень ТНЗНП – токовая отсечка нулевой последовательности без выдержки времени, расчёт которой осуществляется в следующих режимах: - Ремонтный режим линии L2; - Каскадный режим L2 (отключен 2'). 1) Рассчитаем первую ступень ТНЗНП второго комплекта при коротком замыкании на шине А. Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), линий L2 в ремонтном режиме, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В. 76

Рисунок 5.4 – Схема замещения прямой последовательности при КЗ на шине А Ток срабатывания рассчитывается по следующему выражению (5.4) где Kотс = 1,3. Вычислим сопротивление линии L1 в ремонтном режиме L2 (5.5) Рисунок 5.5 – Схема замещения нулевой последовательности при КЗ на шине А Рассчитаем эквивалентное сопротивление прямой последовательности 77

( ) ) ( ( ) ( ) Вычислим эквивалентное сопротивление нулевой последовательности ( ( ) ( ( ) ) ) Так как сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю больше тока однофазного короткого замыкания на землю. Рассчитаем ток нулевой последовательности при двухфазном КЗ на землю ( ) (5.6) ( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения Вычислим ток срабатывания первой ступени 2) Рассчитаем первую ступень ТНЗНП второго комплекта при коротком замыкании на линии L2 при каскадном режиме линии L2 (Отключен выключатель 2') 78

Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В. Рисунок 5.6 – Схема замещения прямой последовательности при КЗ в конце линии L2 в каскадном режиме Вычислим сопротивления линий L1 и L2 в каскадном режиме (5.7) Рисунок 5.7 – Схема замещения нулевой последовательности при КЗ в конце линии L2 в каскадном режиме Рассчитаем эквивалентное сопротивление прямой последовательности 79

( ) ) ( ( ) ( ) Вычислим эквивалентное сопротивление нулевой последовательности ( ) ( ) ( ) Так как сопротивление прямой последовательности меньше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток однофазного короткого замыкания на землю больше тока двухфазного короткого замыкания на землю. Рассчитаем ток нулевой последовательности при однофазном КЗ на землю ( ) (5.8) ( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения Вычислим ток срабатывания первой ступени Таким образом, следует выбрать наибольшую уставку 80

5.2.2 Расчёт второй ступени ТНЗНП 2 комплекта Вторая ступень ТНЗНП – токовая отсечка нулевой последовательности с минимальной выдержкой времени, которая согласуется со смежными защитами нулевой последовательности без выдержки времени. 1) Рассчитаем вторую ступень ТНЗНП второго комплекта при коротком замыкании на линии L2 при каскадном режиме линии L2, согласуя с первой ступенью комплекта 1' (Отключен выключатель 2') Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), линий L2 в ремонтном режиме, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В. Схемы замещения прямой и нулевой последовательности представлены на рисунках 5.6 и 5.7. Воспользуемся ранее рассчитанными значениями: - ( ) ( ) Рассчитаем ток короткого замыкания в начале линии L2 Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В. Рисунок 5.8 – Схема замещения прямой последовательности при КЗ в начале линии L2 в каскадном режиме 81

( ) ( ) Рисунок 5.9 – Схема замещения нулевой последовательности при КЗ в начале линии L2 в каскадном режиме ( ) ) ( Так как сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю больше тока однофазного короткого замыкания на землю. Рассчитаем ток нулевой последовательности при двухфазном КЗ на землю 82

( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения Рассчитаем ток, протекающий по комплекту 2 ( ) Так как ток, протекающий по защищаемой линии вблизи шины А меньше тока в конце линии L2 ( ), то согласование производится аналитически. Вычислим ток срабатывания второй ступени 2) Отстроим вторую ступень ТНЗНП второго комплекта от первой ступени 9 комплекта защиты линии L6 Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), двухцепной режим L1,2, два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В. Рисунок 5.10 – Схема замещения прямой последовательности ( ( ) ) ( ) ( ) 83

Рисунок 5.11 – Схема замещения нулевой последовательности ( ) ) ( Рассчитаем коэффициент токораспределения Расчёт токов, протекающих по 9 и 2 комплектам, производится по следующим выражениям 84

Изменяя коэффициент α с дискретностью 0,1, произведём расчёт токов и занесём результаты в таблицу 5.1. Таблица 5.1 – Отстройка от первой ступени 9 комплекта , , α , кА , кА , кА Ом Ом 0,1 7,865 10,292 7,655 7,655 0,543 0,2 9,865 16,292 5,53 5,53 0,392 0,3 11,865 22,292 4,328 4,328 0,307 0,4 13,865 28,292 3,556 3,556 0,252 0,5 15,865 34,292 3,02 3,02 0,214 0,6 17,865 40,292 2,62 2,62 0,186 0,7 19,865 46,292 2,316 2,316 0,164 0,8 21,865 52,292 2,074 2,074 0,147 0,9 23,865 58,292 1,879 1,879 0,133 1 25,865 64,292 1,717 1,717 0,122 По данным таблицы 5.1 построим характеристики изменения тока 9 8 7 I, кА 6 5 4 I09 3 I02 2 1 0 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 α, о.е. Рисунок 5.12 – Изменение токов от места КЗ 85

Из того, что уставка первой ступени комплекта 9 составляет 0,5 кА следует, что первая ступень данного комплекта не имеет мертвой зоны. Рассчитаем ток срабатывания второй ступени, отстраиваясь от первой ступени 9 комплека ( ) 3) Отстроим вторую ступень ТНЗНП от тока короткого замыкания на стороне высокого напряжения АТ1-2. Ток срабатывания второй ступени ТНЗНП из условия отстройки от тока КЗ на стороне высокого напряжения АТ рассчитывается по следующему выражению (5.9) Режим: Система А в минимальном режиме, один автотрансформатор подстанции А (АТ1), два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), максимальный режим системы В, ремонтный режим L2. Рисунок 5.13 – Схема прямой последовательности при КЗ на стороне ВН АТ1 ( ) ) ( 86

Рисунок 5.14 – Схема нулевой последовательности при КЗ на стороне ВН АТ1 ( ) ( ) ( ) Так как сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю больше тока однофазного короткого замыкания на землю. ( ) Произведём расчёт коэффициента токораспределения 87

Рассчитаем ток срабатывания В итоге, следует выбрать наибольший ток срабатывания из полученных Следует оценить выбранную уставку, рассчитав коэффициент чувствительности. Произведём расчёт короткого замыкания в конце линии L1 на шине А. Режим: Система А в максимальном режиме, два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), один автотрансформатор подстанции В (АТ3), минимальный режим системы В, двухцепный режим линий L1,2. Рисунок 5.15 – Схема прямой последовательности для расчёта Kч ( ( ) ( ) ( ) ) 88

Рисунок 5.16 – Схема нулевой последовательности для расчёта Kч ( ( ) ( ) ( ) ) Так как сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю больше тока однофазного короткого замыкания на землю. ( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения где 0,5 – коэффициент токораспределения, учитывающий двухцепной режим линий L1,2. 89

Произведём расчёт тока, протекающего по защищаемой линии ( ) Рассчитаем коэффициент чувствительности (5.10) В итоге коэффициент чувствительности не удовлетворяет ПУЭ [8]. Полученную уставку оставляем для согласования с ней защит смежных участков, а нужного коэффициента чувствительности будем добиваться с помощью третьей ступени ТНЗНП комплекта 2. 5.2.3 Расчёт третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта Третья ступень токовой направленной защиты нулевой последовательности – токовая отсечка с большей выдержкой времени, которая согласуется с защитами, имеющими выдержку времени. 1) Рассчитаем третью ступень ТНЗНП второго комплекта при коротком замыкании на линии L2 при каскадном режиме линии L2, согласуя со второй ступенью комплекта 1' (Отключен выключатель 2'). Режим: аналогичен режиму при согласовании второй ступени комплекта 2 с первой ступенью 1'. Так как вторая ступень 2' комплекта охватывает линию полностью, т.е. не имеет мёртвой зоны, то расчёт третьей ступени ТНЗНП осуществляется аналитически по следующему выражению (5.11) 2) Рассчитаем третью ступень ТНЗНП второго комплета, согласуя со второй ступенью комплекта 9. 90

3) Рассчитаем третью ступень ТНЗНП второго комплекта, согласуя с третьей ступенью комплекта 10 автотрансформатора. (5.12) Следует привести уставки 10 комплекта к средне-номинальному напряжению Следует выбрать наибольшую уставку Произведём проверку коэффициента чувствительности Данный коэффициент удовлетворяет требованиям ПУЭ [8]. 5.2.4 Расчёт четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта Четвёртая ступень ТНЗНП – резервная токовая отсечка с выдержкой времени, выполняющая функции ближнего и дальнего резервирования. 1) Отсроим уставку четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта от тока небаланса в нулевом проводе при трёхфазном коротком замыкании на стороне низкого напряжения автотрансформатора АТ1. Ток срабатывания рассчитывается по следующей формуле ( ) (5.13) где Kпер – коэффициент, характеризующий периодическую составляющую, 1; Kнб – коэффициент небаланса. Режим: Система А в минимальном режиме, одноцепный режим линии L1, два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), два автотрансформатора подстанции В (АТ3-4), система В в максимальном режиме. 91

Рисунок 5.17 – Схема замещения для расчёта трёхфазного КЗ ( ) ) ( ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( Произведём расчёт тока трёхфазного КЗ ( ) √ ) ) √ Рассчитаем коэффициент токораспределения Для определения коэффициента небаланса, следует рассчитать отношение тока короткого замыкания, протекающего по комплекту 2, к номинальному току первичной обмотки ТТ ( ) 92

Так как отношение меньше двух, то Kнб = 0,05. 2) Отстроим уставку четвёртой ступени ТНЗНП 2 комплекта от тока самозапуска при возврате защиты (5.14) где KВ – коэффициент возврата; Iсзп – ток самозапуска. (5.15) Для определения коэффициента небаланса, следует рассчитать отношения тока самозапуска, протекающего по комплекту 2, к номинальному току первичной обмотки ТТ Так как отношение меньше двух, то Kнб = 0,05. Произведём расчёт уставки Следует выбрать наибольшую уставку Руководящие указания рекомендуют выбирать уставку 4 ступени ТНЗНП не менее 60 А, следовательно Произведём проверку выбранной уставки, рассчитав коэффициент чувствительности. При ближнем резервировании Полученный коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ. 93

При дальнем резервировании При коротком замыкании в конце линии 6 Режим: Система А в максимальном режиме, двухцепной режим L1,2, в работе два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), один автотрансформатор подстанции В (АТ3), система В в минимальном режиме. Рисунок 5.18 – Схема замещения прямой последовательности при расчёте коэффициента чувствительности ) ( ( ( ) ( ) ) 94

Рисунок 5.19 – Схема замещения нулевой последовательности при расчёте коэффициента чувствительности ( ( ) ( ) ( ) ) Так как сопротивление прямой последовательности меньше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю меньше тока однофазного короткого замыкания на землю. ( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения 95

Произведём расчёт тока, протекающего по защищаемой линии ( ) Рассчитаем коэффициент чувствительности Полученный коэффициент не удовлетворяет условиям ПУЭ. Но при коротком замыкании в конце линии 6 автотрансформаторы подстанции А почувствуют КЗ и отключат подпитку, следовательно, получим При отключенной подпитки, коэффициент токораспределения равен 0,5. ( ) Произведём расчёт тока, протекающего по защищаемой линии ( ) Данный коэффициент удовлетворяет требованиям ПУЭ [8]. При коротком замыкании на высокой стороне автотрансформатора Режим: Система А в максимальном режиме, двухцепной режим линий L1,2, в работе два автотрансформатора подстанции А (АТ1-2), один автотрансформатор подстанции В (АТ3), система В в минимальном режиме. 96

Рисунок 5.20 – Схема замещения прямой последовательности при расчёте коэффициента чувствительности ( ( ) ( ) ) ( ) Рисунок 5.21 – Схема замещения нулевой последовательности при расчёте коэффициента чувствительности 97

) ( ( ) Так как сопротивление прямой последовательности больше сопротивления нулевой последовательности, следовательно, ток двухфазного короткого замыкания на землю больше тока однофазного короткого замыкания на землю. ( ) Рассчитаем коэффициент токораспределения Произведём расчёт тока, протекающего по защищаемой линии ( ) Произведём расчёт коэффициента чувствительности Данный коэффициент удовлетворяет требованиям ПУЭ [8]. 5.2.5 Расчёт выдержки времени второй ступени ТНЗНП 2 комплекта Так как вторая ступень токовой направленной защиты нулевой последовательности согласуется с быстродействующими смежными защитами, то выдержка времени рассчитывается по следующему выражению (5.16) 98

5.2.6 Расчёт выдержки времени третьей ступени ТНЗНП 2 комплекта Так как третья ступень токовой направленной защиты нулевой последовательности согласуется со смежными защитами с выдержками времени, то уставка по времени рассчитывается по следующему выражению (5.17) - выдержка времени линии L6 t0II = 0,9 с; - выдержка времени АТ1(2) t0III = 0,4 с. 5.2.7 Расчёт выдержки времени четвертой ступени ТНЗНП 2 комплекта Так как четвертой ступень токовой направленной защиты нулевой последовательности согласуется со смежными защитами с выдержками времени, то уставка по времени рассчитывается по выражению (5.17) - выдержка времени линии L6 t0III = 1,6 с; - выдержка времени АТ1(2) t0IV = 1,6 с. 5.3 Пересчёт уставок ко вторичным цепям Уставки пересчитываются по следующиму выражению (5.18) Уставка первой ступени Уставка второй ступени Уставка третьей ступени 99

Уставка четвёртой ступени 100

6 ОХРАНА ТРУДА 6.1 Расчёт защитного заземления подстанции В процессе аварийного режима может произойти пробой изоляции, что, в свою очередь, влечёт за собой короткое замыкание на нетоковедущие части электроустановок, например, корпус электроустановки. Так как человек контактирует с нетоковедущими частями электрооборудования, которые могут оказаться под напряжением, это представляет опасность для человека вследствие прикосновения. Для решения данной проблемы нетоковедущие части электрооборудования заземляют с помощью защитного заземления. Защитное заземление – намеренное электрическое соединение открытых проводящих частей электроустановки, которые, вследствие аварийного режима или повреждения, могут оказаться под напряжением, с землёй. Сопротивление заземляющего устройства в любое время года не должно превышать 0,5 Ом, учитывая естественные и искусственные заземлители. Таблица 6.1 – Исходные данные Понизительная трансформаторная подстанция Sпод, м2 Iкз, кА ρ1, Ом·м ρ2, Ом·м h1, м 5625 5 190 70 2,8 Заземлитель Горизонтальный полосовой электрод Вертикальный стержневой электрод S, мм lв, м d, мм tв, м 4х40 4 12 0,7 Параметры опор и тросов lпр, м Sтроса, мм2 nтр, шт rоп, Ом nоп, шт 240 50 2 15 30 Lг, м n, шт 1100 30 101

где Sпод – площадь подстанции; Iкз – ток короткого замыкания на землю на стороне 110 кВ; ρ1 – расчётное удельное сопротивление верхнего слоя; ρ2 – расчётное удельное сопротивление нижнего слоя; h1 – мощность верхнего слоя земли; S – сечение горизонтального полосового электрода; lв, d, t – длина, диаметр и глубина заложения вертикального стержневого электрода соответственно; lпр – длина пролёта; Sтросса – сечение тросса; nтр – количество грозотросов; rоп – сопротивление заземлителя опоры; nоп – количество опор; Lг – суммарная длина горизонтальных электродов; n – количество вертикальных электродов. Произведём расчёт необходимых сопротивлений естественных и искусственных заземлителей. Расчёт сопротивления естественного заземлителя производится следующему выражению √ (6.1) где rT – активное сопротивление троса на длине одного пролёта. (6.2) Подставим полученное значение в выражению (6.1) √ Рассчитаем количество ячеек (6.3) √ √ Принимаем ближайшее целое значение ячеек, m = 6 штук. Пересчитаем суммарную длину горизонтальных электродов ( ( ) √ ) √ 102 (6.4) по

Рассчитаем длину стороны ячейки по следующему выражению √ Расстояние между (6.5) √ вертикальными электродами рассчитывается следующему выражению √ (6.6) √ Рисунок 6.1 – Модель заземлителя Произведём расчёт суммарной длины вертикальных электродов (6.7) 103 по

Рассчитаем относительную глубину погружения в землю (6.8) √ √ Относительная длина рассчитывается по следующему выражению (6.9) (6.10) Так как отношение удельного сопротивления верхнего слоя к нижнему находится в диапазоне от 1 до 10, то коэффициент k рассчитывается по следующему выражению ( ( ( ( √ ) √ (6.11) ) Определим эквивалентное удельное сопротивление ( ( ) (6.12) ) Рассчитаем искомое расчётное сопротивление искусственного заземлителя (6.13) √ Так как tотн находится в диапазоне от 0 до 1, то коэффициент А рассчитывается по выражению (6.14) 104

Подставим рассчитанный коэффициент в выражение (6.13) √ Полученное значение почти совпадает с требуемым, при этом оно меньше, чем требуемое, что повышает уровень безопасности. Рассчитаем общее сопротивление заземлителя подстанции (6.15) Данное сопротивление удовлетворяет требованию сопротивления заземлителя. Рассчитаем потенциал на заземляющем устройстве в аварийном режиме (6.16) Данный потенциал меньше 10 кВ, следовательно, он допустим. Таким образом был рассчитано сопротивление заземлителя подстанции в целом, которое составляет Rз = 0,48 Ом, когда RИ = 0,6 Ом и Re = 2,324 Ом. 6.2 Меры безопасности при эксплуатации реле Основные меры безопасности при эксплуатации релейной защиты и автоматики приведены в таком документе, как «Типовая инструкция по организации и производству работ в устройствах релейной защиты и электроавтоматики подстанци». К основным мерам безопасности относятся: 1) Техническое обслуживание оборудования релейной защиты и автоматики производится согласно требованиям нормативных документов по наряду или распоряжениям. 2) Обслуживающих персонал обязан иметь или получить необходимую группу по технике безопасности, пройти медицинскую комиссию, ознакомиться с местом проведения работ, освоить методику выполнения работ. 105

3) При техническом обслуживании персонал должен использовать необходимое для безопасности оборудование. 4) При техническом обслуживании оборудования релейной защиты и автоматики следует: - запрещается проводить работу при наличии напряжения, а также при отсутствии видимого разрыва цепи; - все переключения следует выполнять только правой рукой; - запрещается работать со схемами релейной защиты и автоматики при отсутствии самой схемы цепи; - во время окончания работ линия временного питания должна быть отключена, а также создан видимый разрыв цепи. 5) При работе с вторичными цепями трансформаторов тока или напряжения следует учитывать: - запрещено снимать заземление с вторичных обмоток ТН и ТТ, когда на них подано напряжение; - вторичные обмотки ТН и ТТ должны иметь постоянное заземление; 6) Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики должно выполняться с помощью изолированной рукоятки. 7) Все нетоковедущие части должны быть заземлены. 8) При наличии в цепи конденсаторов, следует убедиться, что все они полностью разряжены. 106

7 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ 7.1 Оценка экономической эффективности релейной защиты В процессе работы электрической сети возникают ненормальные и аварийные режимы работы, которые влекут за собой имущественный, а также моральный ущерб. Эффективность релейной защиты и автоматики указывающая на - это величина, степень целесообразности использования оборудования или системы устройств в электрической сети. В данный момент выбор релейной защиты и автоматики осуществляется упрощённо, т.е. без оценки экономической эффективности релейной защиты, когда принимают стоимость РЗА, примерно, 10 – 25 % от стоимости сети в целом, а при выборе РЗА пользуются документами, имеющими опыт как проектирования, так и эксплуатации. К таковым можно отнести: - правила устройств электроустановок (ПУЭ); - руководящие указания по релейной защите; - нормы технологического проектирования. Данный подход не только упрощает выбор и расчёт релейной защиты, но и влечёт за собой такие отрицательные факторы, как: - одинаковая стоимость разных типов релейной защиты и автоматики, вызванная развитием релейной защиты на микропроцессорах; - разнообразные решения по применению релейной защиты при различных нагрузках; - неизвестное количество резервных защит; - предъявляемые требования к релейной защите противоречат друг другу, что вынуждает определять их приоритетность; - возникающие трудности при технико-экономическом обосновании, реконструкции или же модернизации релейной защиты и автоматики. Использование релейной защиты в электрических сетях влечёт за собой: - повышение надёжности электроснабжения в целом; - увеличение эффективности функционирования электрической сети; - уменьшение ущерба, вызванного выходом оборудования из строя. 107

7.2 Принципы оценки экономической эффективности релейной защиты и автоматики Существует ряд требований, предъявляемых к эффективному функционированию релейной защиты и автоматики, который обеспечивается, прежде всего, мероприятиями, вносящими наибольший вклад в обеспечение эффективности. В заданных требованиях можно определить следующее: - уровень надёжности релейной защиты и автоматики; - целесообразность реализации каких-либо мероприятий для повышения эффективности, а также надёжности РЗА; - сравнение всех мероприятий, вследствие выделить эффективные из всех. К каждому критерию оценки мероприятий по достижению экономической эффективности релейной защиты приводятся такие положения, как: - количественные требования РЗ; - модернизация и реконструкция РЗ, что приводит к увеличению эффективности использования релейной защиты; - реализация любого мероприятия, что, в свою очередь, требует материального вложения. К мероприятиям по повышению эффективности использования релейной защиты можно отнести следующие: - поддержание нужного уровня квалификации обслуживающего персонала; - прогнозирование отказа систем, блоков РЗ, а также отдельных элементов релейной защиты; - анализ возникших анормальных режимов; - резервирование отдельных устройств и систем основной релейной защиты в целом; - применение высоконадёжных комплектующих изделий. В качестве критерия оценки экономической эффективности, например, можно использовать целесообразность реализации какого-либо рассматриваемой системе релейной защиты. Данный 108 мероприятия критерий в получается

вследствие сравнения двух величин. К таковым относятся: стоимостное значение выигрыша – и затраты на реализацию мероприятия – . Критерий целесообразности реализации мероприятия рассчитывается по следующему выражению (7.1) Таким образом, можно сказать, что при значении критерия целесообразности больше единицы мероприятие является целесообразным, так как величина выигрыша превышает затраты. О целесообразности применения мероприятия по повышению надёжности релейной защиты и автоматики можно судить не только по критерию целесообразности мероприятия, но и по следующему критерию (7.2) Мероприятие будет целесообразным при . Величину выигрыша можно рассчитать по следующему выражению (7.3) где C – стоимостное значение полезного эффекта при реализации мероприятия; C0 – стоимостное значение полезного эффекта при нереализованном мероприятии. Также существует критерий, ориентировочно оценивающий экономический эффект, полученный, например, при предотвращении ущерба релейной защиты у потребителей – Эу. Данный критерий рассчитывается по следующему выражению (7.4) где З – затраты на установку релейной защиты и автоматики; Л – количество лет, в течение которых рассматривается экономический эффект. 7.3 Классификация ущерба Анормальные режимы влекут за собой повреждения оборудования, отсутствие электроснабжения промышлености. у потребителей, Ущерб – это а также количественная 109 простой величина оборудования для на ликвидации

последствий, нанесённых имуществу потребителя, производителя или поставщика во время анормального режима. Ущерб классифицируется по По объектам воздействия: - ущерб, нанесённый жизни или здоровью человека; - материальный ущерб; - ущерб, нанесённый государству; - ущерб, нанесённый природной среде; - социально-экономический ущерб. По степени влияния на жизнедеятельность или финансовое состояние человека: - допустимый; - критический; - катастрофический. По роду потерь: - материальный ущерб; - потеря рабочего времени; - потеря денежных средств; - моральный ущерб; - социальный ущерб; - экологический ущерб. По причине возникновения перерыва в электроснабжении: - плановое отключение; - аварийное отключение. По причине возникновение инициирующего события: - отказ оборудования; - ошибка обслуживающего персонала; - ущерб, вызванный действиями третьих лиц; - ущерб, вызванный стихийными бедствиями. 110

7.4 Оценка экономического ущерба. В данный момент для оценки экономического ущерба используются два варианта расчётов. Первый – это детальный расчёт потерь и затрат, вызванных анормальным режимом работы сети, второй – это использование удельных показателей ущерба, зависящих от типа технологического производства, отрасли или промышленности. Рассмотрим второй вариант расчёта экономического ущерба. Среднее значение удельного ущерба по всем промышленностям составляет 18 рублей за 1 кВт. Для расчёта экономического ущерба используется следующее выражение (7.5) где y0 – удельный ущерб; P – количество отключенной мощности; T – время перерыва электроснабжения. В настоящее время происходит развитие устройств релейной защиты и автоматики, реконструкций или модернизации устаревшего оборудования на новые. Так как существует широкий выбор продукции РЗА, возникает проблема выбора компании, которая существует из-за отсутствия общепринятой методики расчёта оценки эффективности РЗА. 111

8 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ АСУТП включает в себя подсистему релейной защиты и автоматики, состоящую из определенного набора защит. Каждая защита требует проработки по индивидуальной методике. С учётом того, что на электроэнергетическом объекте число присоединений может быть достаточно большим, а прилегающая сеть сложной, расчёт всех защит может стать очень трудоёмким. Для выполнения анализа режимов работы электроэнергетической системы и расчёта релейной защиты можно использовать такой программный пакет, как PSCAD, который имеет ряд преимуществ по сравнению с ручным расчётом и позволяет сократить время. Программный пакет PSCAD позволяет создавать модели электроэнергетических систем и систем релейной защиты, производить контроль функционирования релейной защиты при различных повреждения без физического наличия шкафов релейной защиты и автоматики. Рассмотрим моделирование с помощью программного обеспечения PSCAD, проверим рассчитанные уставки дистанционной защиты и ТНЗНП комплекта №2. В качестве модели была использована распределительная система 110-220 кВ, представленная на рисунке 2.1. Произведём моделирование системы релейной защиты, а именно: - второй ступени дистанционной защиты комплекта защиты 2; - третьей ступени дистанционной защиты комплекта защиты 2; - третьей ступени токовой направленной защиты нулевой последовательности комплекта защиты 2; - четвертой ступени ТНЗНП комплекта 2. Моделируя распределительную систему, можно получить: - ток короткого замыкания; - ток, протекающий по защищаемому объекту; - коэффициент токораспределения. 112

113

Выключатели Amin, Amax, Bmin, Bmax на рисунке 8.1 позволяют смоделировать минимальный и максимальный режима работы распределительной сети. Выключатели Z1 и Z2 позволяют выводить линию L2 в ремонт, что необходимо при расчёте уставок токовой направленной защиты нулевой последовательности комплекта защиты №2. Амперметры позволяют зафиксировать токи, протекающие по линиям L1-L5. Уставки защит уже были рассчитаны в главах 4 и 5, поэтому выставим их в PSCAD. Рассмотрим трёхфазное короткое замыкания на шине А. Короткое замыкание должно отключиться второй ступенью дистанционной защиты второго выключателя через одну секунду после короткого замыкания. При моделировании короткое замыкание происходит через одну секунду от начала моделирования, следовательно, оно отключится через две секунды. Представим график тока и времени срабатывания выключателя. Рисунок 8.2 – Трёхфазное короткое замыкание на шине А 114

На рисунке 8.2 IL1 – ток, протекающий по защищаемой линии L1; Ik – ток в точке короткого замыкания; DZ2 – вторая ступень дистанционной защиты; DZ3 – третья ступень дистанционной защиты. По рисунку 8.2 видно, что уставка второй ступени дистанционной защиты выключателя рассчитана верно. Через одну секунду после короткого замыкания выключатель Q2 отключает трёхфазное короткое замыкание на шине А. Рассмотрим трёхфазное короткое замыкания на стороне высокого напряжение автотрансформаторов подстанции А. Короткое замыкание должно отключиться третьей ступенью дистанционной защиты второго выключателя за 2,6 секунды. При моделировании короткое замыкание происходит через одну секунду, следовательно, оно отключится через 3,6 секунд от начала моделирования. Вторая ступень не должна чувствовать короткое замыкание. Рисунок 8.3 – Трёхфазное короткое замыкание на стороне высокого напряжение автотрансформаторов подстанции А Анализируя рисунок 8.3, уставка третьей ступени дистанционной защиты второго выключателя рассчитана верно. Через 2,6 секунды после короткого 115

замыкания выключатель отключает трёхфазное короткое замыкание на стороне высокого напряжение автотрансформаторов подстанции А. Рассмотрим однофазное короткое замыкания на шине А. Короткое замыкание должно отключиться третьей ступенью ТНЗНП второго выключателя через 1,2 секунды. При моделировании короткое замыкание происходит через одну секунду, следовательно, оно отключится через 2,2 секунды от начала моделирования. Дистанционная защита не почувствует данное короткое замыкание. Рисунок 8.4 – Однофазное короткое замыкание на шине А 116

Рисунок 8.5 – Однофазное короткое замыкание на шине А где TRISST – срабатывание ТНЗНП; TRII0 – ток 3I0 при однофазном КЗ; RELETOKA4 – срабатывание четвертой ступени ТНЗНП; RELETOKA – срабатывание третьей ступени ТНЗНП. По рисункам 8.4 и 8.5 видно, что уставка третьей ступени ТНЗНП второго выключателя рассчитана верно. Через 1,2 секунды после короткого замыкания выключатель отключает однофазное короткое замыкание на шине А. Рассмотрим однофазное короткое замыкания на шине А. При неисправной работе третьей ступени ТНЗНП короткое замыкание должно отключиться четвертой ступенью ТНЗНП второго выключателя через 2,2 секунды после короткого замыкания. При моделировании короткое замыкание происходит через одну секунду после начала моделирования, следовательно, оно отключится через 3,2 секунды. 117

Рисунок 8.6 – Однофазное короткое замыкание на шине А Рисунок 8.7 – Однофазное короткое замыкание на шине А 118

По рисункам 8.6 и 8.7 видно, что уставка четвертой ступени ТНЗНП второго выключателя рассчитана верно. Через 2,2 секунды после короткого замыкания выключатель отключает однофазное короткое замыкание на шине А. В итоге можно сказать, что расчёт уставок с помощью моделирования распределительной сети имеет ряд преимуществ по сравнению с ручным расчётом: - простота вычисления уставок; - точность, так как моделирование учитывает большее количество влияющих факторов, к примеру: тип опор, геометрическое расположение фаз линии и т.д.; - математическую модель можно использовать для разработки структур систем автоматизации, а также для проверки её функционирования в разных режимах работы электроэнергетической системы. 119

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В выпускной работе были выполнены следующие задачи. Рассмотрена автоматизированная система управления технологическими процессами гидроэлектростанции, требования, предъявляемые к АСУТП, а также задачи, которые выполняет вся система управления и, в особенности, подсистема релейной защиты. Рассчитаны уставки дистанционной защиты каждого комплекта выключателей распределительной системы 110 – 220 кВ. Так как коэффициент чувствительности второй ступени комплектов защит №1 и 1', №2 и 2', №3 не удовлетворял требованиям ПУЭ, было выполнено согласование с резервной ступенью дистанционной защиты автотрансформаторов, а также со второй ступенью дистанционной защиты смежных линий, вследствие чего было увеличено время срабатывания защиты и достигнут необходимый коэффициент чувствительности. Была выполнена отстройка от рабочего режима дистанционной защиты, где была введена блок-программа для комплектов защиты №1 и 1', №2 и 2', рассчитан ток точной работы каждого комплекта выключателей, остаточное напряжение на питающих шинах сети. Рассчитаны уставки последовательности токовой второго направленной комплекта защиты выключателей. нулевой Коэффициент чувствительности второй ступени не удовлетворял требованиям ПУЭ, но решением данной проблемы послужило то, что был достигнут необходимый коэффициент чувствительности третьей ступени. Выполнена оценка экономической эффективности релейной защиты, экономического ущерба, расчёт защитного заземления подстанции, перечислены меры безопасности при эксплуатации реле. Была разработана модель электроэнергетической системы в PSCAD для проверки рассчитанных вручную уставок дистанционной защиты и токовой направленной защиты нулевой последовательности. При сравнении результатов, которые были получены в процессе ручного расчёта по формулам, с результатами, полученными с помощью моделирования в программном пакете, установлено, что 120

уставки рассчитаны верно в обоих случаях и релейная защита должна работать селективно. 121

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1. Релейная защита электрических сетей: учеб. пособие / А.И. Щеглов, А.В. Белоглазов. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. – 144 с. 2. Релейная защиты электрических сетей: методические указания / А.И. Щеглов, А.В. Белоглазов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 44 с. 3. Расчёт дистанционной защиты линии электропередачи: методические указания / В.А. Давыдов, А.И. Щеглов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2012. – 28 с. 4. Расчёт направленной токовой защиты нулевой последовательности двухцепной высоковольтной линии напряжением 220 кВ: методические указания / Л.В. Багинский, В.А. Давыдов, А.И. Щеглов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. – 44 с. 5. Шкафы автоматики управления линейным выключателем и защит линии типов ШЭ2607 011011, ШЭ 2607 011012, ШЭ 2607 012012: руководство по эксплуатации ЭКРА.656453.022.1 РЭ. М.: 2006. – 97. 6. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов / Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. – 4-е изд, перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.: ил. 7. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.:ЭНАС, 2012. – 376 с.: ил. 8. Правила устройства электроустановок/ Минэнерго РФ. – Седьмое издание перераб. и доп. – М.: ЗАО Энергосервис, 2002. – 275 с. 9. Проектирование и расчёт защитного заземления: методические указания / А.М. Парахин, О.В. Тихонова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2013. – 48 с. 10. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 448 с., ил. 11. Автоматизация распределительных электрический сетей с использованием цифровых реле: учебное пособие / М.А. Шабад. - СПб.: ПЭИПК, 2011. – 56 с. 122

12. Надежность и оценка ущербов от перерывов электроснабжения / С.Е. Герасимов, С.Ю. Чекмарев. – Elektroenergetika Journal, Vol. 1 No. 2, December 2008. – 17 с. 13. СТО 70238424.27.140.010-2010. Автоматизированные системы управления технологическими процессами ГЭС и ГАЭС. – Введ. 2010-09-30. – НП «ИНВЭЛ», 2010. – 39 с. 14. СТО 70238424.27.100.010-2011. Автоматизированные системы управление технологическими процессами ТЖС. – Введ. 2011-06-30. – НП «ИНВЭЛ», 2011. – 64 с. 15. ЭЛНА [Электронный ресурс] : http://www.elnavf.ru (дата обращения: 25.05.2019). 123 АСУ ТП ГЭС: 2015. URL

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

Рецензия от Станислав Хомутовский

Отзыв научного руководителя

больше 3 лет назад

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв

13.48

Сергей Аристархов

Отличная работа! Узнал много нового и интересного!

0.5

Илья Прибыльский

Author did a great job, it's really the most useful text I ever read. I'm working in Space X and Elon Musk used this thing like guidelines to make Falcon 9, this thing is the reason why our rockets almost never fall down.

0.5

Щетинин Михаил

Очень интересная работа, подчерпнул много нового и не жалею времени потраченного на ее прочтение! Автор заслуживает высшей оценки!

0.5

Ovchinnikova Dar'ya

Работа выполнена качественно и достойна внимания.

0.5

Валерия Воробьёва

Была проделана большая и тщательная работа, автор заслуживает высокой оценки.

0.5

Иван Ефремов

Весьма интересная и познавательная работа, подчеркнул для себя несколько важных вещей,касаемых подсистем релейной защиты. Спасибо автору за проделанную работу.

0.5

Працун Святослав

Данный проект выполнен на высоком уровне, и заслуживает высоких оценок

0.5

Vladimir Zhukoff

Слабо понимаю в данной теме, но был заинтересован очень, приятно было читать и теперь знаю больше в сфере электроэнергетики.

0.5

Иван Белоусов

после ознакомления с материалом получил приятные впечатления. очень информативно. спасибо за проделанную работу.

0.5

Гичин Данил

Данная работа оставила положительный эффект после ознакомления

0.5

Виктор Шубин

Качественная и отличная работа, выполненная в соответствии с нормативной документацией. Как сотруднику энергоснабжающей компании, была полезна и интересна для ознакомления.

Дарья Клевцова

Работа сделана в соответствии с требованиями ГОСТа. Понравилось, что исследование основано не только на учебных пособиях, справочниках и методических указаниях. Информация также подкреплена действующими стандартами организаций

0.5

Бурмус Павел

Работа написана очень лаконично и легка для восприятия

0.5

Семён Лемешко

Работа выполнена качественно, на современном уровне и особых нареканий, за исключением работы с текстом, не сыскала.

0.5

Константин Трусов

В данной работе выполнено исследование автоматизированной системы управления технологическими процессами ГЭС, рассчитана релейная защита линий от междуфазных замыканий и замыканий на землю, разработана модель распределительной системы в ПО PSCAD. Работа выполнена отлично, содержание поставлено в нужной последовательности, большое количество использованной литературы. Работа произвела отличное впечатление.