Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения

Чувствительность токовой  отсечки характеризуется коэффициентом  чувствительности (k_ч) при двухфазном к.з. в конце линии. Он считается приемлемым, если превышает 1,5. Время срабатывания отсечки (t_отс) определяется типом используемых реле тока и промежуточных реле и не превышает 0,1с.

 

 (3.4)

 

Коэффициент чувствительности по условиям проверки не проходит, следовательно дополним его пусковым минимальным органом напряжения. Ток срабатывания отсечки можно уменьшить, обеспечив при этом допустимую чувствительность (k_ч=1,3) при двухфазном к.з. в конце линии, в минимальном режиме энергосистемы. Ток срабатывания выбирается следующим образом:

 

 (3.5)

 

 

Данному условию коэффициент  чувствительности соответствует

Ток срабатывания МТЗ  линии отстраивается от максимального  тока нагрузки линии с учётом работы АВР выключателя Q6.

 

 (3.6)

 

где k_н – коэффициент надежности, k_н = 1,1

k_возв – коэффициент возврата реле тока, k_возв = 0,85

k_сзп – коэффициент самозапуска нагрузки

I_нагр.w1, I_нагр.w2  – рабочие токи линий W1, W2

 

 (3,7)

 

 

 

Селективность действия МТЗ будет обеспечена по следующему условию:

 

 (3.8)

 

где t_cз,тр – время срабатывания МТЗ трансформатора (получается из расчёта защит трансформатора)

∆t – ступень селективности, ∆t = 0,3÷0,6 с

 

 

Проверяем чувствительность МТЗ при к.з. в конце линии, точка К-2

 

 (3.9)

 

Проверяем чувствительность МТЗ при  к.з. за трансформатором, точка К-3

 

 (3.10)

 

Коэффициенты чувствительности удовлетворяют требованиям ПУЭ

 

 

3.2 Защита трансформаторов

 

Расчет дифференциальной защиты.

Для трансформатора Т1 в  соответствии с  ПУЭ предусматриваем основную защиту от многофазных замыканий в обмотках и на выводах - дифференциальную и от токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ - максимальную токовую.

Производим выбор уставок  дифференциальной защиты.

Выбор уставок дифференциальной защиты необходимо вначале произвести для реле РНТ-565 и в следующей последовательности:

1 Определяем средние значения первичных и вторичных токов для обеих сторон защищаемого трансформатора.

Ток на стороне высокого напряжения:

 

 (3.10)

 

Ток на стороне низкого  напряжения, обмотка 1,2:

 

 (3.11)

 

2 Определяем первичный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

 

 (3.12)

 

где k_н – коэффициент надежности, k_н = 1,3 для реле РНТ-565

I_к.макс – максимальный ток трехфазного к.з. за трансформатором, кА

k_апер – коэффициент, учитывающий появление апериодической составляющей при коротком замыкании, k_апер = 1 для реле с БНТ

k_одн – коэффициент однотипности трансформаторов тока, k_одн = 1

ε – коэффициент, учитывающий 10%-ную погрешность трансформаторов тока, ε = 0,1

ΔU_рег – половина суммарного диапазона регулирования напряжения РПН (±9×1,78)

 

 

3 Рассчитываем ток срабатывания защиты из условия отстройки от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора под напряжение:

 

, (3.13)

 

где  К_отс – коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания; К_отс=1,3 для дифференциальных защит с реле серии РНТ-565

I_ном,тр – номинальный ток трансформатора.

К установке принимаем большее из двух значений тока срабатывания защиты I_С.З.= 7410А

4 Производим предварительную проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне её действия. Для этого определяем коэффициент чувствительности:

 

, (3.14)

 

где I_к.мин – минимальный ток двухфазного к.з. за трансформатором

k_сх – коэффициент схемы, характеризующий схему соединения трансформаторов тока; для дифференциальной защиты трансформатора и питания со стороны высокого напряжения k_сх =

 

 

Коэффициенты чувствительности реле РНТ-565 удовлетворяют требованиям ПУЭ.

Плечо с большим током  принимаем за основную сторону.

Ток срабатывания реле основной стороны равно

 

, (3.15)

 

где К_Т – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

К_сх – коэффициент схемы, характеризующий схему соединения трансформаторов тока;

 

 

Расчет максимальной токовой защиты трансформатора

На понижающих трансформаторах  мощностью 1 МВА и более в качестве защиты от токов в обмотках, обусловленных внешними многофазными к.з., должна быть предусмотрена максимальная токовая защита с комбинированным пуском напряжения или без него, установленная со стороны основного питания.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты трансформатора без  пуска по напряжению должен выбираться по нагрузке одной секции с учётом увеличения нагрузки на трансформатор  при действии АВР секционного  выключателя и подключения нагрузки второй секции с самозапуском. Для защиты трансформатора Т1 ток срабатывания может быть определён по выражению:

 

, (3.16)

 

где k_н – коэффициент надежности, k_н = 1,1÷1,3

k_возв – коэффициент возврата реле тока, k_возв = 0,85

k_сзп – коэффициент самозапуска нагрузки

I_нагр – рабочие ток трансформатора

Ток загрузки трансформатора при условии равномерной загрузки секций при минимальном рабочем напряжении

 

, (3.17)

 

где Uраб.мин – минимальное напряжение на трансформаторе

 

, (3.18)

 

 

 

Ток срабатывания максимальной токовой защиты без пуска по напряжению

 

, (3.19)

 

Окончательно принимаем  ток срабатывания защиты равным 0,76кА.

Проверим чувствительность защиты при двухфазном к.з. на низкой стороне трансформатора точка К-3

 

 

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требования ПУЭ.

Для обеспечения селективности  время действия защиты необходимо согласовать  с временем защиты секционного выключателя. Время действия защиты секционного выключателя должно быть согласовано с временем действия защит отходящих присоединений. Таким образом, у МТЗ трансформатора время действия защиты должно выбираться по следующему условию:

 

 

, (3.20)

 

где ∆t – ступень селективности, ∆t = 0,4÷0,6 с

 

, (3.21)

 

           

 

3.3 Защита электродвигателей

 

Для защиты электродвигателей  мощностью менее 2 МВт от многофазных замыканий должна предусматриваться токовая однорелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов, с реле прямого или косвенного действия, включенным на разность токов двух фаз.

Наличие перегрузки электродвигателей  по технологическим причинам обязывает предусмотреть защиту от перегрузки. Использование реле типа РТ-80 позволит на индукционной части выполнить защиту от перегрузки, а на электромагнитной – токовую отсечку.

Номинальный ток электродвигателя

 

 (3.22)

 

Пусковой  ток   (3.23)

 

Коэффициент трансформации  для выбранного трансформатора тока ТПЛ 6  200/5

 

 (3.24)

 

Расчет уставок защиты от перегруза на реле РТ-86.

Определяем ток срабатывания защиты:

 

  (3.25)

 

где К_Н = 1,2,

К_ВОЗВР = 0,85  – для реле РТ-40 

Определяем ток срабатывания реле:

 

  (3.26)

 

где К_СХ  -  коэффициент схемы, для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду К_СХ = 1;

Принимаем ближайшую стандартную уставку реле: Iуст=6А, для реле серии РТ-40/2

Определяется ток срабатывания защиты от многофазных замыканий:

 

 (3.27)

 

Чувствительность отсечки  определяют при к.з. на выводах электродвигателя. Ток к.з. следует рассчитывать для минимального режима работы сети с учетом сопротивления кабельной линии, к которой подключен электродвигатель. По требованию ПУЭ k_ч ≥ 2

Проверяем чувствительность работы защиты от перегруза:

 

 

 (3.28)

 

 (3.29)

 

где I_{КЗ =} 13,89 кА = 13890 А – ток к.з. точке К4.

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ.

На рисунке 3 предоставлена  карта селективности выбранной  релейной защиты подстанции.

Уставка защит электродвигателя несоизмеримо малы по сравнению с уставками защит других элементов энергосистемы и нет особой необходимости в изображении ее характеристики на карте селективности релейной защиты.

При построении карты  селективности токи срабатывания защит  отходящих от шин низкого напряжения подстанции линии и секционных выключателей приняты условно, в следствии того, что не были ранее рассчитаны.

 

Рисунок 3 – Карта селективности  релейной защиты подстанции

 

 

3.4 Самозапуск электродвигателей и защита минимального напряжения

 

Расчет самозапуска  необходим для выбора уставок  защит элементов энергосистемы, а также для определения предельной мощности самозапускающихся электродвигателей, т.е. нахождение максимального количества электродвигателей, которые будут  участвовать в самозапуске.

Задача расчета сводится к определению суммарного тока самозапуска  электродвигателей и остаточного  напряжения на их зажимах. Расчет самозапуска  электродвигателей выполняется  для наиболее тяжелого режима при  остановленных электродвигателях.

Ток в момент пуска или самозапуска электродвигателя равен току трехфазного к.з. за сопротивлением остановленного электродвигателя. 

Рисунок 4 – Расчетная  схема для расчета режима самозапуска

 

 

 

Для схемы, предоставленной  на рисунке 4 при включении секционных выключателей устройством АВР после исчезновения питания со стороны трансформатора Т1 нагрузка Sн и электродвигателей переходят в режим самозапуска. Задача сводится к определению остаточного напряжения Uост (рисунок 5).

Найдем сопротивления схемы замещения для расчета режима самозапуска электродвигателей. Так как мы имеем 4 секции шин (трансформатор с расщепленной вторичной обмоткой следовательно при отключении трансформатора Т1 и включения секционных выключателей в работе остаются две параллельно загруженные цепочки см рисунок 5.

 

 

Рисунок 5 Схема замещения  расчета режима самозапуска

 

Находим значения сопротивлений.

Суммарное сопротивление  цепи питания

 

 (3.27)

 

где Iк.макс – максимальное значение тока к.з. за трансформатором (точка К-3)

Uср среднее напряжение ступени трансформатора

 

 (3.28)

Сопротивление нагрузки вторых секций шин с учетом электродвигателей

 

 (3.29)

 

где Sнагр – мощность нагрузки секции шин

Sэд – номинальная мощность электродвигателей

n – количество электродвигателей

 

 (3.30)

 

Сопротивление нагрузки первых секций шин

 

 (3.31)

 

где Хнагр.отн – относительное сопротивление обобщенной нагрузки

 

Сопротивление кабельной  линии

 

 (3.32)

 

Пусковое сопротивление  одной линии

 

 (3.33)

 

Производим упрощение  схемы замещения.

Эквивалентное сопротивление секций шин

 

 (3.34)

 

где i – значение шин (так как расщепленная вторичная обмотка трансформатора  значение i равняется 1 и 2 )

n– количество электродвигателей на  i секции шин