Релейная защита линии 110 кВ

Для линий в сетях 110-500 кВ с эффективно заземленной нейтралью согласно ПУЭ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от замыканий на землю и защита от неполнофазного режима.

Устройство дистанционной релейной защиты 7SA6 является универсальным устройством для защиты, управления и автоматизации на базе системы SIPROTEC 4. Оно достаточно универсально и может быть использовано для всех классов напряжений.

Особенности защиты:

- Высокое быстродействие;

- Возможность защищать очень короткие линии;

- Автоматическое обнаружение качаний мощности с частотой до 7 Гц;

- Детектор насыщения трансформатора тока, гарантирующий быстрое отключение и высокую точность дистанционных измерений;

- Пофазная защита с ВЧ управлением;

- Цифровые коммуникации между устройствами осуществляются через интегрированный последовательный интерфейс защиты;

- Автоматическое повторное включение (АПВ).

Функции защиты.

- 6-ти контурная защита без переключения входных величин (21/21N);

- Защита от замыканий на землю через большое переходное сопротивление, позволяющая производить как однофазные, так и трёхфазные отключения (50N, 51N, 67N);

- Обнаружение коротких замыканий на землю в сетях с изолированной и с компенсированной нейтралью;

- Дистанционная защита с ВЧ управлением (85);

- Определение места повреждения (FL);

- Обнаружение качаний мощности (68/68Т);

- Токовая защита (50/51);

- Защита от включения на повреждение (50HS).

7SA611 обеспечивает дистанционную защиту всей системы, объединяя все функции, которые обычно требуются для реализации защиты силовых линий. Реле предусматривает быстрое и селективное устранение повреждений в воздушных и кабельных лини как с емкостной компенсацией, так и без нее. Сеть может быть с глухо заземленной, заземленной, изолированной или компенсированной нейтралью. 7SA611 может быть использован для однофазного или трехфазного отключения в схемах с телезащитой и без нее.

Данное реле обладает рядом свойств, необходимых для реализации защиты линий электропередач:

- малое время срабатывания;

- подходит для кабельных и воздушных линий как с использованием, так и без использования последовательных конденсаторов;

- самонастройка для распознавания качания мощности с частотой, не более 7Гц;

- соединение «реле-реле», осуществленное с помощью цифровых выводов в случае использования двух и трех конечных станций;

- адаптивное автоматическое повторное включение (АПВ).

Расчет можно произвести в относительных или именованных единицах. Используем метод именованных единиц. Для этого, все элементы схемы должны быть приведены к одному базисному напряжению, за базисное напряжение принимаем U_баз=115кВ.

Фазное напряжение систем:

Сопротивления систем:

(3.21)

(3.22)

Сопротивления линий:

(3.23)

Рассчитаем сопротивления линий по формуле и сведем их в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 – Сопротивления линий

Расчет уставок срабатывания дистанционной защиты отходящей линии 115 кВ.

Расчет уставок I ступени дистанционной защиты.

Сопротивление первой ступени выбирается из условия отстройки от 3хфазного КЗ на шинах противоположной подстанции, в данном случае ток КЗ не рассчитывается, а используется сопротивление линии Л3.

Требования к первой ступени: обеспечение надежности селективного отключения всех видов КЗ на линии без выдержки времени:

(3.25)

где β = 0.05 – коэффициент, который учитывает погрешность трансформаторов напряжения и реле сопротивления,

δ = 0.1 – коэффициент, учитывающий погрешность расчетов первичных электрических величин.

Первая ступень работает без выдержки времени.

Отстройка от КЗ на шинах подстанции в месте установки защиты не производится, т.к. все ступени защиты выполнены направленными.

Расчет уставок II ступени дистанционной защиты.

Уставка срабатывания II ступени выбирается по условию согласования с дистанционными защитами смежных линий:

(3.26)

где К_з = 0.78 – коэффициент запаса по избирательности согласуемых защит линий;

К_ток – коэффициент токораспределения, определяемый по трехфазному КЗ в конце зоны действия той защиты, с которой производится согласование;

_. – ток, протекающий через трансформаторы тока той защиты, для которой выбирается уставка;

– ток, протекающий через трансформаторы тока смежной защиты, с которой производится согласование;

– уставка срабатывания первой (или второй) ступени защиты смежной линии.

Для расчета К_ток смоделируем линию 115 кВ в программе Mulitisim (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Расчет коэффициента токораспределения

Вторая ступень защиты проходит по чувствительности.

Выдержка времени второй ступени принимается на ступень селективности (Δ t =0.3 с) больше выдержек времени второй ступени линии Л2:

.

Расчет уставок III ступени дистанционной защиты.

Уставка срабатывания третьей ступени защиты выбирается, как правило, по условиям отстройки от максимального тока нагрузки линии. Ток нагрузки принимается либо по длительному допустимому току нагрева провода, либо задается диспетчерской службой энергосистемы, в последнем случае указывается cos φ нагрузки:

, (3.26)

где – минимальное эксплуатационное напряжение, равное 0.9 U_ном;

– коэффициент надежности;

– коэффициент возврата для реле сопротивления;

– угол максимальной чувствительности;

– угол сопротивления, обусловленного нагрузкой;

– максимальный ток нагрузки.

,

Выдержка времени третьей ступени защиты выбирается на ступень селективности больше выдержки времени вторых ступеней защит, аналогично выбору выдержки времени второй ступени.

Расчет во вторичных величинах:

(3.27)

Токовая отсечка линии W3.

Ток срабатывания зашиты рассчитывается:

где – ток кз в конце защищаемой линии W4.

Коэффициент чувствительности рассчитывается:

.

где – ток кз в начале защищаемой линии W3.

Токовая отсечка принята к установки.

Токовая защита нулевой последовательности (ТЗНП) линии w4.

Расчет токов КЗ проведем с использованием программы АРМ СРЗА

Расчет первой ступени.

Ток срабатывания отсечки первой ступени выбирается по следующему условию: выполняется отстройка от максимального тока 3 I ₀, протекающего через защиту при КЗ за выключателем смежного участка (на шинах приемной подстанции):

где К_н= 1.3 – коэффициент надежности по избирательности, учитывающий погрешность реле, ошибки расчета, влияние апериодической составляющей и необходимый запас;

– однофазный ток КЗ в узле 7 схемы моделирования (в конце линии w4), значение тока получено с помощью программы АРМ СРЗА (рисунок Б.3).

Расчет второй ступени ТЗНП.

Вторая ступень должна отстраиваться от быстродействующих защит смежных присоединений, то есть необходимо отстроиться от первой ступени ТЗНП линии Л5.

Ток срабатывания защиты II ступени:

. (3.27)

где – коэффициент надежности по избирательности согласуемых линий;

– коэффициент токораспределения, определяемый по току 3I₀ при однофазном замыкании в конце зоны действия той защиты, с которой производится согласование;

– ток 3 I ₀, протекающий через ТТ защиты, для которой выбирается уставка;

– ток 3 I ₀, протекающий через ТТ защиты, с которой производится согласование;

– ток срабатывания защиты первой или второй ступени защиты смежной линии (Л5).

где – однофазный ток КЗ узла 6 (в конце линии w4), значение тока получено с помощью программы Multisim.

Чувствительность второй ступени защиты проверяется при однофазном КЗ в конце защищаемой линии в минимальном режиме:

Т.к. коэффициент чувствительности второй ступени соответствует норме, третья ступень ТЗНП линии w4 не рассчитывается.

Четвертая ступень.

Отстройка от тока небаланса:

где – в линии w4 при трехфазном КЗ на стороне НН за трансформатором.