Рекомендации по выбору уставок защит электротехнического оборудования с использованием микропроцессорных устройств концерна ALSTOM. Том 2

Подождите немного. Документ загружается.

Рекомендации по выбору уставок защит

электротехнического оборудования с использованием

микропроцессорных устройств концерна

Том 2

Август, 2000

Уважаемый читатель!

Настоящая работа является первой в СНГ попытко й оказания методической помощи в

выборе уставок при применении в электрических сетях аппаратуры отделения релейной

защиты и систем управления концерна ALSTOM. Ваши замечания и предложения по

улучшению текста документа, а также вопросы прошу направлять:

E-mail: hlovatsky@alstom.com.ua

По запросу, полные технические описания устройств в PDF-формате направляются на

компакт-дисках.

С уважением,

Технический директор

ALSTOM PCB GEE4

Всеволод Гловацкий

Содержание

I. Выбор уставок защит линий 6- 35 кВ.................................................................................................5

Приложение 1 к методике выбора уставок РЗА линий 35-6 кВ.

Справочные данные линий, релейной аппаратуры СНГ, трансформаторов без РПН .....................31

Приложение 2 к методике выбора уставок линий 35-6 кВ.

Параметры силовых двух - трехобмоточных трансформаторов с регулированием

напряжения под нагрузкой ....................................................................................................................40

II. Выбор уставок защиты двух-трехобмоточных трансфоматоров на примере реле R3IPT ........... 42

III. Выбор защиты вводов трансформатора на примере реле MODN A (MICOM12X) ......................56

IV. Методика выбора уставок защит двухобмоточных трансформаторов на примере реле

MX3DPT3A и MODN A (MICOM P12x)................................................................................................. 64

V. Пример расчета защиты трансформатора на аппаратуре R3IPT и MODNA ................................ 77

VI. Методика выбора уставок защиты электродвигателей напряжением выше 1000 В................ ...87

Приложение к методике выбора уставок электродвигателя:

Пример выбора уставок защиты электродвигателя с применением микропроцессорного

устройства защиты MICOM P220......................................................................................................... 108

Опросные листы для расчета уставок тупиковых ВЛ, трансформаторов, двигателей

выполняемых ALSTOM......................................................................................................................…114

Примечания: 1. Рекомендации по выбору уставок дистанционных защит MICOM 441,442

изложены в отдельной брошюре.

2. Рекомендации по выбору защит генераторов находятся в стадии разработки.

Разработано и отпечатано по заказу ООО «Энергомашвин»

Первая редакция

Тел./ факс: 8 (044) 490-93-40 (-41, -42)

E-mail: emv@emv.kiev.ua

Ответственный за выпуск: Пономарев И.В.

I. ВЫБОР УСТАВОК ЗАЩИТ ЛИНИЙ 6-35 КВ

1. Основные характеристики линий электропередачи и предъявляемые

требования к ее релейной защите и автоматике

Следует выделить такие типы линий:

1.1. Тупиковая воздушная линия 6-10 кВ с ответвлениями:

В1 тт1 ПК2 Т2

РЗ1

ПК1

Т1

Общая характеристика: обычно протяженная воздушная линия с несколькими

ответвлениями, токи короткого замыкания в конце линии сильно уменьшаются, ток

замыкания на землю в сети небольшой, трансформаторы отпаек защищены

предохранителями ПК, компенсация тока замыкания на землю отсутствует.

Требования к релейной защите и автоматике: двухступенчатая токовая защита,

установленная в двух фазах, вторая ступень с зависимой характеристикой, защита от

замыканий на землю выполняется только в случае выполнения кабельного выхода, тип

защиты простая токовая, желательно с фильтром третьей гармоники, обязательно

применение двухкратного или однократного АПВ.

1.2. Тупиковая кабельная линия 6-10 кВ с ответвлениями

В1 тт1 ПК2 Т2

Р З1

ПК1

Т1

Общая характеристика: обычно ма ло протяженная кабельная линия с несколькими

ответвлениями, токи короткого замыкания в конце линии мало затухают, ток замыкания на

землю в сети большой и, как правило, применяется компенсация емкостного тока,

трансформаторы отпаек защищены предохранителями ПК-10.

Требования к релейной защите и автоматике: двухступенчатая токовая защита,

установленная в двух фазах. Вторая ступень с независимой характеристикой, так как

зависимая характеристика не эффективна. Защита от замыканий на землю подключается к

кабельному трансформатору тока, выполняется в компенсированных сетях по

направлению активной мощности нулевой последовательности. Иногда применяется

однократное АПВ. В ряде случаев, однократное АПВ предназначено для корректировки

неселективного отключения линии токовой отсечкой, при повреждении в зоне действия

предохранителей ПК.

1.3. Воздушная линия 6-10 кВ с промежуточной подстанцией (РП)

На каждом участке линии имеются ответвления.

В1 тт1 РП В2 тт2 ПК2 Т2

РЗ1 РЗ2

ПК1

Т 1

Общая характеристика: обычно протяженные воздушные линии с несколькими

ответвлениями на каждой линии, токи короткого замыкания в конце линии сильно

уменьшаются, ток замыкания на землю в сети небольшой, трансформаторы отпаек

защищены предохранителями ПК, компенсация тока замыкания на землю отсутствует.

Требования к релейной защите и автоматике: для второго участка линии согласно п. 1.1,

для первого участка те же: двухступенчатая токовая защита, установленная в двух фазах.

вторая ступень с зависимой характеристикой, защита от замыканий на землю выполняется

только в случае выполнения кабельного выхода, тип защиты простая токовая, желательно

с фильтром третьей гармоники, обязательно применение двукратного или однократного

АПВ. Релейная защита РЗ1 должна быть согласована с защитой РЗ2.

1.4. Схема с промежуточным РП в кабельных сетях

В1 тт1 РП В2 тт2 ПК2 Т2

РЗ1 РЗ2

ПК1

Т1

Общая характеристика: обычно кабельные линии малой протяженности с несколькими

ответвлениями на каждой линии, токи короткого замыкания в конце линии мало

изменяются, ток замыкания на землю в сети большой и, как правило, применяется его

компенсация, трансформаторы отпаек защищены предохранителями ПК, компенсация тока

замыкания на землю отсутствует.

Требования к релейной защите и автоматике: для второго участка линии согласно п. 1.2,

для первого участка те же: двухступенчатая токовая защита, установленная в двух фазах,

вторая ступень с независимой характеристикой, защита от замыканий на землю

выполняется с использованием ТНП, тип защиты - простая токовая, желательно с

фильтром третьей гармоники, применение АПВ необязательно. В ряде случаев,

однократное АПВ применяется для корректировки неселективной работы в зоне

предохранителей ПК. Релейная защита РЗ1 должна быть согласована с защитой РЗ2.

1.5. Тупиковая воздушная, смешанная или кабельная линия 35 кВ с ответвлениями

Т2

В2

В1 тт1 ОД Т3

РЗ1

П СН1 КЗ

Т1

Общая характеристика: линия с одной или несколькими ответвлениями, токи короткого

замыкания в конце линии заметно уменьшаются, ток замыкания на землю в сети

небольшой либо компенсированный, трансформаторы ответвлений могут быть защищены

предохранителями ПСН (Т1), и релейной защитой, действующей на отключение

выключателя 35 кВ (Т2), включение короткозамыкателя и отключение отделителя в

бестоковую паузу АПВ (Т3).

Требования к релейной защите и автоматике: двух или трехступенчатая токовая защита,

установленная в трех фазах, или в двух фазах и обратном проводе трансформатора тока,

вторая ступень с независимой характеристикой, защита от замыканий на землю не

выполняется, так как отсутствуют трансформаторы тока нулевой последовательности для

линий и кабельных выводов 35 кВ, обязательно применение двукратного (на чисто

воздушных линиях) или однократного АПВ (на смешанных линиях ). Установка защиты в

трех фазах или двух фазах и обратном проводе требуется для обеспечения

резервирования двухфазных коротких замыканий за трансформатором со схемой

соединения звезда - треугольник: при таком КЗ только в одной фазе протекает полный ток

КЗ.

1.6. Тупиковая воздушная, смешанная или кабельная линия 35 кВ с промежуточной ПС и

ответвлениями

Т2

РЗ2

В2 РЗ6

ПС1 В1 тт1 В6

ПС2

РЗ1 В3 В5

ОД Т3

РЗ5

РЗ3

В4 КЗ

РЗ4

РЗ7

Т1

Общая характеристика: линия с одной или несколькими промежуточными подстанциями, с

ответвлениями, токи короткого замыкания в конце линии заметно уменьшаются, ток

замыкания на землю в сети небольшой либо компенсированный, трансформаторы отпаек

могут быть защищены предохранителями ПСН или релейной защитой, действующей на

отключение выключателя 35 кВ (Т2), включение короткозамыкателя и отключение

отделителя в бестоковую паузу АПВ(Т3).

Требования к релейной защите и автоматике: должны применяться трехступенчатая

токовая защита, установленная в трех фазах, или в двух фазах и обратном проводе

трансформатора тока, все ступени с независимой характеристикой, защита от замыканий

на землю не выполняется, так как отсутствуют трансформаторы тока нулевой

последовательности для линий и кабельных выводов 35 кВ, обязательно примене ние

двукратного (на чисто воздушных линиях) или однократного АПВ на (смешанных линиях).

Как правило, такие линии работают в разомкнутом режиме по 2 вариантам первичной

схемы: цепочка, имеющая питание с одной стороны (часть схемы изображенная

сплошными линиями, или транзитная линия с нормальным разрезом в одной точке (В5 см.

пунктирные линии). Разрез может переноситься в ремонтном режиме в любую другую

точку, и при этом должна сохраняться селективность и чувствительность защит. Эти

условия возможно обеспечить только используя трехступенчатую направленную защиту. В

варианте с односторонним питанием достаточно иметь трехступенчатую трехфазную

токовую ненаправленную защиту.

2. Подбор аппаратуры ALSTOM для линий 6- 35 кВ в зависимости от условий

применения

Данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Характеристика

линии

Основные функции защиты и

автоматики

Серия

аппаратуры

Наиболее простой

возможный тип

устройства

Примечание

Тупиковая

воздушная

линия 10-6 кВ

двухфазная, двухступенчатая МТЗ

односту пенчатая токовая ЗНЗ

АПВ

MODULEX

MICOM

MX3IPD1A, B

MODNL17

P121-124, 119

Тупиковая

кабельная

линия 10-6 кВ

без АПВ

двухфазная, двухступенчатая МТЗ

односту пенчатая токовая ЗНЗ

MODULEX

MODN

MICOM

MX3AM30A

MODNC17

P-121-124, 119

Тупиковая

воздушная или

кабельная

линия 35 кВ

трехфазная, трехступенчатая МТЗ

односту пенчатая токовая ЗНЗ

АПВ

MODULEX

MODN

MICOM

MX3AM30A

MODNL17

P-121-124

Транзитная

воздушная или

кабельная

линия 35 кВ

трехфазная направленная,

трехступенчатая МТЗ

односту пенчатая токовая ЗНЗ

АПВ

MODULEX

MODN

MICOM

----

MODNL17

P142, 143

3. Сбор данных об оборудовании и расчет токов короткого замыкания

3.1. Расчет короткого замыкания производится на основании схемы замещения, для

которой должны быть рассчитаны все элементы

Активные и реактивные сопротивления линий электропередачи соизмеримы, поэтому при

расчете токов короткого замыкания учитываются как активные, так и реактивные

сопротивления. Эти величины можно рассчитать, зная тип, длину и сечение линии,

используя справочники. В приложении приводятся справочные данные по электрическим

параметрам ряда наиболее часто применяемых типах линий. Эти данные удельные. И

величины активного и реактивного сопротивления участка линии получаются умножением

удельных параметров линии на их длину в км.

Активные и реактивные сопротивления трансформатора определяются по его паспортным

данным, в ряде случаев, из-за отсутствия паспорта, приходится брать эти данные по

ГОСТу.

В приложении приведены эти данные для ряда трансформаторов.

Эти данные для двухобмоточных трансформаторов определяются по выражениям:

Zтр= Uк*U2тр/Sтр,

(3.1)

где Zтр. - полное сопротивление трансформатора в омах;

Uк - напряжение короткого замыкания в относительных величинах;

Uтр - номинальное напряжение стороны ВН трансформатора в кВ;

Sтр - номинальная мощность трансформатора в мВА.

Rтр.=Рк*U2тр / S2тр,

(3.2)

где Rтр - активное сопротивление трансформатора в омах;

Рк - потери короткого замыкания при номинальном токе трансформатора в Вт;

Uтр - номинальное напряжение стороны ВН трансформатора в кВ;

Sтр - номинальная мощность трансформатора в кВА.

Реактивное сопротивление трансформатора:

____________

Хтр =

√

√√

√

(Z2 тр – R2 тр),

(3.3)

В большинстве случаев для практических расчетов можно пренебречь активным

сопротивлением трансформатора, его сопротивление принимается равным Z и считается

реактивным (X). Исключение: трансформаторы напряжением 6-35 кВ с алюминиевыми

обмотками.

Сопротивление источника питания определяется по величине тока КЗ на шинах от которых

отходит защищаемая линия. Эти токи известны из расчета уставок трансформатора.

Xш = Uш/(

√

√√

√

3*Iкз),

(3.4)

где Xш - реактивное сопротивление на шинах в омах;

Uш - напряжение на шинах (номинальное напряжение питающего трансформатора);

Iкз - ток КЗ на шинах.

Должны быть выполнены расчеты для минимального и максимального режима.

После выполнения расчетов для всех участков линии и питаемых трансформаторов

строится схема замещения: например для схемы п.1.1.

Uш=Uном.тр. Хш RЛ1,XЛ1 к1 RЛ2,XЛ2 к2 RT2,XT2 к4

RT1,XT1

к3

Для определения тока КЗ в нужной точке, необходимо сложить отдельно активные и

реактивные сопротивления всех участков до точки КЗ. Затем сложить геометрически

суммарные активные и реактивные сопротивления. По полученному полному

сопротивлению Zк определить ток КЗ. Например для точки к4:

Хк4= Хш+ХЛ1+ХЛ2+ХТ2

Rк4= RЛ1+RЛ2+RТ2

____________

Zк4 =√(Х

к4 + R

к4)

Iк4= Uш/(√3*Zк4)

4. Основные принципы выбора уставок защит

4.1. Выбор характеристики

Устройства позволяют выполнить либо независимую, либо зависимую от тока

характеристику выдержки времени.

Расчеты и согласования за щит с независимыми характеристиками значительно проще,

кроме того привычней, так как все, более или менее качественные защиты на постоянном

оперативном токе выполнены в настоящее время с независимыми характеристиками.

Защиты с постоянным оперативным током согласовываются в одной точке – при токе

срабатывания защиты. В то же время защиты с независимой характеристикой имеют

выдержку времени одинаковую и при больших и при малых токах. Время срабатывания

защиты по мере приближения к источнику тока возрастает. Для уменьшения объема

повреждения приходится применять ступенчатые защиты.

Защиты с зависимой характеристикой имеют малое время срабатывания при больших

токах, что выгодно для уменьшения перегрева оборудования токами КЗ, облегчает

согласование с предыдущими защитами за счет увеличения выдержки времени

последующей защиты в месте установки предыдущей. В то же время электромеханические