3.4.7. Защита, устанавливаемая на линии W3

3.4.7. Защита, устанавливаемая на линии W3

Линия W3 35 кВ может использоваться для передачи электрической энергии в двух направлениях. Поэтому на ней целесообразно установить отдельные токовые направленные двухступенчатые защиты со стороны подстанций № 2 и 3.

Ток срабатывания первой ступени защиты (селективной токовой отсечки) на подстанции № 2 выбирается по условию отстройки от максимального тока КЗ в конце линии W3 в расчетной точке К4 при питании со стороны подстанции № 2:

На рис. 3.16, а показаны кривые изменения значений токов КЗ, приведенных к стороне 35 кВ, в месте установки защиты в зависимости от удаленности места КЗ от места установки защиты. Зона действия первой ступени защиты, определенная по этим кривым при двухфазных КЗ, составляет 0 % длины линии.

Это означает, что первая ступень защиты не сработает даже при КЗ в начале линии (двухфазном). Однако первую ступень все же целесообразно использовать в защите.

ТТ для релейной защиты на линии W3 (подстанция № 2) — типа ТФНД-35М класса Р с коэффициентом трансформации 500/5. Схема соединения вторичных обмоток ТТ и катушек реле — «неполная звезда — неполная звезда».

Ток срабатывания реле первой ступени защиты:

Выбирается реле РТ-40/50 с диапазоном уставок от 12,5 А до 50 А.

Вторая ступень защиты — МТЗ. Ее ток срабатывания выбирается по условию возврата защиты в исходное состояние в наиболее тяжелом для линии W3 послеаварийном режиме. Этот режим может возникнуть при самозапуске электродвигателей нагрузок Н3, Н4 и Н5, если в исходном нормальном режиме трансформаторы Т2 и Т3 получают питание по линии W3 (линия W1 выведена из работы, а секционный выключатель Q15 включен). В этих условиях в случае отключения головной линии W2, последующего ее включения устройством АПВ головной линии W2 и восстановления питания на шинах 35 кВ подстанции № 2 в линии W3 может возникнуть наибольший ток:

Ток срабатывания второй ступени:

Ток срабатывания реле второй ступени:

I_{CP W32-2} = k_CX ? I_{СЗ W32-2} / k_T = 637 / 100 = 6,4 А.

Коэффициент чувствительности второй ступени защиты для основного действия:

Здесь

— ток в месте установки защиты при двухфазном КЗ в расчетной точке К4 и питании со стороны подстанции № 2, приведенный к стороне 35 кВ.

Как видно, вторая ступень защиты имеет достаточную чувствительность.

Для второй ступени защиты выбирается реле тока РТ-40/10 с диапазоном уставок от 2,5 А до 10 А.

Выдержка времени защиты должна быть согласована с выдержкой времени срабатывания защиты, установленной на трансформаторе Т2:

t_{СЗ W32-2} = t_{СЗ T2} + ?t = 2 + 0,5 = 2,5 с.

Реле времени для второй ступени защиты линии W3 — ЭВ-132 с диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 с и номинальным напряжением питания 220 В.

Промежуточные реле — РП-221 с номинальным напряжением питания 220 В.

Указательные реле — РУ-21/0,01.

Реле направления мощности — РБМ-171 (включается по 90-градусной схеме).

Выбираются параметры защиты, устанавливаемой на линии W3 на подстанции № 3. Эта защита должна действовать при питании по линии W3 подстанции № 2, когда линия W2 выведена из работы и секционный выключатель Q15 на подстанции № 3 включен. Эту защиту целесообразно выполнить трехступенчатой, чтобы за счет второй ступени получить достаточно высокое быстродействие при КЗ на линии в мертвой зоне первой ступени защиты.

Ток срабатывания первой ступени защиты (селективной токовой отсечки):

Графическим путем определяется зона действия первой ступени (рис. 3.16, б). Она так же, как и у первой ступени защиты, на стороне подстанции № 2 составляет 0 % длины линии. Тем не менее ее целесообразно использовать.

Выбираются ТТ для релейной защиты на линии W3 (подстанция № 3) — типа ТФНД-35 класса Р с коэффициентом трансформации 500/5 и схема соединения вторичных обмоток ТТ и катушек реле «неполная звезда — неполная звезда».

Ток срабатывания реле первой ступени:

Для первой ступени защиты выбирается реле РТ-40/50.

Ток срабатывания второй ступени (токовой отсечки с выдержкой времени срабатывания) выбирается по условию отстройки от тока КЗ при повреждении в конце зоны действия быстродействующей защиты трансформатора Т1:

Ток срабатывания реле второй ступени:

Для второй ступени защиты выбирается реле РТ-40/50.

Выдержка времени второй ступени защиты должна быть согласована со временем срабатывания быстродействующей защиты, установленной на трансформаторе Т1:

t_{СЗ W33-2} = t_{СЗ T1-0} + ?t = 0,1 + 0,4 = 0,5 с.

Ток срабатывания третьей ступени (МТЗ) выбирается по условию возврата защиты в исходное состояние при наибольшем токе самозапуска, возникающем в линии W3. Режим с наибольшим током самозапуска в линии W3 может возникнуть после отключения головной линии W1, последующего ее включения устройством АПВ на подстанции № 1 и восстановления питания на шинах 35 кВ подстанции № 3.

Ток самозапуска равен:

Здесь I_{C 3АП W33} — ток в линии W3 в месте установки защиты, обусловленный самозапуском электродвигателей в нагрузке Н1:

нагрузке Н2:

и в линии W6:

приведенный к стороне 35 кВ;

S_W6 и k_{СЗ W6} - максимальная мощность, передаваемая по линии W6 (сумма номинальных мощностей трансформаторов Т4, Т5, Т6), и общий коэффициент самозапуска для нагрузок этой линии (можно принять k_{С3 W6} = 1,2).

Ток срабатывания третьей ступени защиты:

Ток срабатывания реле третьей ступени:

I_{CP W33-3} = k_CX ? I_{СЗ W33-32} / k_T = 396 / 100 = 4 А^.

Коэффициент чувствительности третьей ступени защиты в режиме основного действия:

Как видно, третья ступень защиты имеет достаточную чувствительность.

Для третьей ступени защиты выбирается реле тока РТ-40/10 с диапазоном уставок от 2,5 А до 10 А.

Выдержка времени защиты должна быть согласована с выдержкой времени срабатывания защиты, установленной на трансформаторе Т1:

t_{СЗ W33-2} = t_{СЗ T1} + ?t = 6 + 0,5 = 6,5 с.

Реле времени для третьей ступени защиты линии W3 — ЭВ-132 с диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 с и номинальным напряжением питания 220 В.

Промежуточные реле — РП-221 с номинальным напряжением питания 220 В.

Указательные реле — РУ-21/0,01.

Реле направления мощности — РБМ-171 (включается по 90-градусной схеме).

Схема двухступенчатой токовой направленной защиты, устанавливаемой на линии W3 на подстанциях № 2 и № 3, показана на рис. 3.17.

Производится проверка ТТ на 10 %-ную погрешность.

Определяется предельная кратность тока для ТТ на подстанции № 3:

k₁₀ = I_1РАСЧ / I_{1НОМ ТТ} = 1,1 ? I_{CЗ W33-1} / I_{1НОМ ТТ} = 1,1 ? 3360 / 500 = 7,3.

По кривым предельной кратности для ТФНД-35 (прил. 5) определяется максимальное значение сопротивления нагрузки ТТ — 4,6 Ом.

Расчетное наибольшее сопротивление нагрузки ТТ:

Z_{H РАСЧ} = 2 ? R_ПР + 2 ? Z_PT-40/50 + Z_PT-40/10 + Z_{РБМ 171} + R_ПEР.

Здесь

— сопротивление реле РТ-40 при минимальной уставке; S_Р и I_{CP MIN} — расчетная мощность реле и минимальный ток срабатывания реле (для реле РТ-40/50 S_P = 0,8 ВА, I_{CP MIN} = 12,5 А; для реле РТ-40/10 S_P = 0,5 ВА, I_{CP MIN} = 2,5 А); Z_{РБМ 171} — сопротивление токовой катушки реле РБМ-171 (Z_РБМ = 0,4 Ом) [9]; R_ПР — активное сопротивление проводников в сигнальном кабеле (можно принять R_ПР = 0,05 Ом); R_ПЕР — активное сопротивление переходных контактов (можно принять R_ПЕР = 0,1 Ом).

Значение расчетного наибольшего сопротивления:

Z_{Н РАСЧ} = 2 ? 0,05 + 2 ? 0,8 / (12,5)² + 0,5 / (2,5)² + 0,4 + 0,1 = 0,7 Ом.

Это значение (0,7 Ом) меньше допустимого (4,6 Ом). Следовательно, режим работы ТТ в защите, установленной на линии W3 на подстанции № 3, соответствует требованиям, при выполнении которых полная погрешность ТТ не превысит 10 %.

Определяется предельная кратность тока для ТТ на подстанции № 2:

k₁₀ = I_1РАСЧ / I_{1НОМ ТТ} = 1,1 ? I_{CЗ W33-1} / I_{1НОМ ТТ} = 1,1 ? 3530 / 500 = 7,8.

По кривым предельной кратности для ТФНД-35М (прил. 5) определяется максимальное значение сопротивления нагрузки ТТ — 4 Ом.

Расчетное наибольшее сопротивление нагрузки ТТ:

Z_{H РАСЧ} = 2 ? R_ПР + 2 ? Z_PT-40/50 + Z_PT-40/10 + Z_{РБМ 171} + R_ПEР.

Значение расчетного наибольшего сопротивления:

Z_{Н РАСЧ} = 2 ? 0,05 + 0,8 / (12,5)² + 0,5 / (2,5)² + 0,4 + 0,1 = 0,69 Ом.

Это значение (0,69 Ом) меньше допустимого (4 Ом). Следовательно, режим работы ТТ в защите, установленной на линии W3 на подстанции № 2, также соответствует требованиям, при выполнении которых полная погрешность ТТ не превысит 10 %.

Таким образом, решения, принятые при выборе схем защит, устанавливаемых на линии W3, ТТ и реле, можно считать приемлемыми.

Определяется длина мертвой зоны направленной защиты при близких КЗ при питании со стороны подстанции № 2:

где S_{CP MIN} — минимальная мощность срабатывания реле при токе в линии при трехфазном КЗ на границе мертвой зоны (для приближенных расчетов его значение можно принять равным значению тока КЗ в месте установки направленной защиты при повреждении в расчетной точке К2);

? = (90° — ?_н) — угол, дополняющий ?_н до 90° (для РБМ-171/1 равен 45°);

Для выбранной 90-градусной схемы включения реле направления мощности (?_Р = ?_К — 90°):

где х_УД и r_УД — удельное индуктивное и активное сопротивления линии W3 (х_УД = 0,4 Ом/км и r_УД = 0,3 Ом/км).

Полное удельное сопротивление линии:

Мощность срабатывания реле при номинальном токе равна 4 ВА [9].

Длина мертвой зоны при токе, превышающем номинальный в 10 раз:

По отношению к длине всей линии в процентах это составляет:

Расчетная длина мертвой зоны для защиты, установленной на линии W3 на подстанции № 3, также не превышает 5 % длины линии.

Учитывая, что при КЗ в этих зонах (со стороны подстанций № 2 и № 3) должны срабатывать соответствующие первые ступени защит — ненаправленные селективные токовые отсечки, можно считать протяженность мертвых зон приемлемой.