Построение функций цифровых  защит, измерительные органы и характеристики цифровых терминалов

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

Построение функций цифровых  защит,
измерительные органы и характеристики цифровых терминалов

 

Методические указания к выполнению курсовой работе
( для магистрантов специальности 6М071800-Электроэнергетика)

 

Алматы 2013

 

СОСТАВИТЕЛИ: Л.А. Уткин, Ш.К.Шоколакова. Построение функций цифровых  защит, измерительные органы и характеристики цифровых терминалов. Методические указания к выполнению курсовой работе (для магистрантов специальности 6М071800) . – Алматы: АУЭС, 2013. - 14 с.

 

Методические указания содержат задание по выполнению курсовой работы, исходные данные, указания и расчеты к выполнению курсовой работы, построение графических характеристик и перечень рекомендуемой литературы.

Ил. 6 , табл. 3, библиогр. - 10 назв.

 

Рецензент: доцент Р.М.Кузембаева

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2011 год.

 

©  НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

 

Содержание

 

Введение  

 4

1 Задание на курсовую работу

 4

2 Методические указания

 7

2.1 Расчет уставок срабатывания дистанционной защиты

 7

2.2 Токовая направленная защита нулевой последовательности линии

 8

2.3 Построение карты селективности

 9

2.4 Схема вторичных соединений релейной защиты

10

Список литературы

13

 

Введение

 

В настоящее время в составе выпускаемых изделий многих фирм в дальнем и ближнем зарубежье применяются различные комплектующие, а также появляется множество дополнительных функций РЗА, хотя базовые принципы построения алгоритмов РЗА остаются неизменными. Поэтому современное состояние технологии в релейной защите требует от специалистов не только знаний цифровой техники, но и характеристик цифровых терминалов РЗА.

Для успешного закрепления приобретенных знаний по принципам построения функций цифровых РЗА и их характеристик магистрантам предлагается выполнить данную работу.

При выполнении данной работы магистранты приобретают навыки по расчету уставок современных дистанционных и «земляных» защит, построению карт селективности защит, разработке схем вторичных соединений релейной защиты.

 

Цель работы: приобрести практические навыки по расчету и параметрированию дистанционной  защиты ЛЭП на современных цифровых устройствах релейной защиты (терминалы) и ознакомиться с методикой расчетов с применением данных цифровых устройств.

 

1 Задание на курсовую работу

 

          В курсовой работе необходимо выполнить следующее:

          1) провести расчет уставок релейной защиты для линии;

          2) построить карту селективности защит;

          3) запараметрировать цифровой терминал с учетом принятых уставок и блокировок;

          4) разработать схему вторичных соединений релейной защиты для выбранного цифрового терминала.

          Схема электрической сети показана на рисунке 1, в соответствии с номером зачетной книжки и первой буквы фамилии, магистранты выбирают параметры элементов сети, приведенные в таблицах 1.1-1.3. Место рассматриваемой релейной защиты также выбирается в соответствии с таблицей 1.3.

 

 

Таблица 1.1

Последняя цифра зачетной книжки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Sкз, МВА

Система 1

max

1250

1200

1150

1100

1050

1000

950

900

1300

1350

min

1150

1100

1000

1050

900

900

700

800

1150

1250

Система 2

max

950

900

1300

1350

1150

1100

1050

1250

1200

1150

min

700

750

1200

1250

1000

950

900

1100

1050

1000

Система 3

max

1250

1200

1150

1100

1050

1000

950

900

1300

1350

min

700

750

1200

1250

1000

950

900

1100

1050

1000

Sном.тр., МВА

Т1

6,3

10

16

6,3

16

10

16

6,3

10

16

Т2

10

16

10

6,3

16

16

6,3

6,3

10

16

Т3

16

10

6,3

10

10

6,3

6,3

10

10

16

Длина линий, км

Л1

10

23

32

28

27

23

16

28

17

12

Л2

15

28

26

34

22

11

13

18

32

16

Л3

20

32

18

36

32

28

22

33

22

27

Л4

13

19

10

18

18

35

31

30

37

35

Л5

18

15

35

32

12

19

10

19

27

30

 

Таблица 1.2

Предпоследняя цифра зачетной книжки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Uкз.тр., %

Т1

РПН

+16%

8,7

9,8

9,84

9,77

9,59

10,84

8,9

9,2

9,56

9,4

РПН

-16%

12,36

11,71

11,72

11,58

11,46

11,9

12,51

11,82

11,62

12,22

Т2

РПН

+16%

9,84

9,77

8,7

9,4

9,8

8,7

9,2

9,59

8,9

9,84

РПН

-16%

11,72

11,58

12,36

12,22

11,71

12,36

11,82

11,46

12,51

11,72

Т3

РПН

+16%

8,52

8,8

9,02

9,62

9,9

10,34

10,84

9,4

9,56

9,59

РПН

-16%

12,42

11,6

11,12

11,78

12,46

12,19

11,9

11,82

11,62

11,46

Т4

РПН

+16%

10,84

9,4

9,84

9,77

9,59

9,59

8,9

9,2

9,56

8,9

РПН

-16%

11,9

12,1

11,72

11,58

11,46

11,46

12,51

11,82

11,62

12,51

Удельное сопротивление линий, Ом/км

Л1

Х1

0,35

0,36

0,37

0,38

0,39

0,4

0,41

0,42

0,43

0,44

Х0

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

Л2

Х1

0,4

0,41

0,42

0,43

0,44

0,35

0,36

0,37

0,38

0,39

Х0

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,1

1,15

1,2

Л3

Х1

0,37

0,38

0,39

0,4

0,41

0,42

0,43

0,44

0,35

0,36

Х0

1,35

1,4

1,45

1,5

1,55

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

Л4

Х1

0,42

0,43

0,44

0,37

0,38

0,39

0,4

0,41

0,35

0,36

Х0

1,35

1,4

1,45

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,5

1,55

Л5

Х1

0,39

0,4

0,41

0,44

0,35

0,36

0,37

0,38

0,42

0,43

Х0

1,45

1,5

1,55

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,1

1,15

 

 

Рисунок 1

 

Таблица 1.3

Первая буква фамилии

А,Б,В,Г

Д,Е,Ж,З

И,К,Л,М

Н,О,П,Р

С,Т,У,Ф

Х,Ц,Ч,Ш

Щ,Э,Ю,Я

Выбор линии релейной защиты

А

Б

А

Б

А

Б

А

Iраб.max, А

600

550

500

450

400

350

300

φРАБ ,градус

35

33

30

27

25

23

20

φМЧ ,градус

85

80

75

70

65

75

85

2 Методические указания

 

2.1 Расчет уставок срабатывания дистанционной защиты

 

Уставка срабатывания I ступени выбирается из условия отстройки от КЗ на шинах приемной подстанции:

                                                ,                                                              (1)

где КЗ=0,85 – коэффициент запаса по избирательности, учитывающий погрешность защиты совместно с трансформаторами тока и напряжения;

zL4 – полное сопротивление линии .

Первая ступень дистанционной защиты действует без выдержки времени.

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

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

                          ,                                               (2)

где К‌’з=0,78 – коэффициент запаса по избирательности согласуемых защит линий;

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

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

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

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

Выдержка времени второй ступени принимается на ступень селективности (Δt=0,3 с) больше  выдержек времени второй ступени смежной линии .

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 cosφ нагрузки:

   ,                                       (3)  

где Umin экспл. – минимальное эксплуатационное напряжение, равное 0,9 Uном;

КН=1,2 – коэффициент надежности;

КВ=1,1 – коэффициент возврата для реле сопротивления;

φм.ч.=65÷800 – угол максимальной чувствительности;

φнагр..≤30÷45 – угол сопротивления, обусловленного нагрузкой;

Iнагр. – максимальный ток нагрузки.

 

 

2.2  Токовая направленная защита нулевой последовательности   линии

 

В комплексе,  для ликвидации КЗ на землю предусмотрена отдельная токовая защита нулевой последовательности, которая содержит:

- три ступени максимальной токовой защиты нулевой последовательности с независимыми характеристиками выдержек времени;

- ступень максимального тока нулевой последовательности с токозависимой характеристикой выдержки времени.

Эти четыре ступени независимы друг от друга и могут комбинироваться в любой последовательности. Если токозависимая ступень не требуется, то ее можно использовать как четвертую независимую ступень.

Ток срабатывания отсечки первой ступени выбирается по следующему условию: выполняется отстройка от максимального тока 3I0, протекающего через защиту при КЗ за выключателем смежного участка (на шинах приемной подстанции)  по формуле

                                        ,                                                     (4)

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

I0К2 – максимальный ток нулевой последовательности, протекающий по защищаемой линии при КЗ в узле.

Ток срабатывания защиты II ступени:

                                   ,                                                   (5)

где Кн – коэффициент надежности по избирательности согласуемых линий;

Кток=3∙I0 з.выб/3∙I0 з.см – коэффициент токораспределения, определяемый по току 3I0 при однофазном замыкании в конце зоны действия той защиты, с которой производится согласование;

3∙I0 з.выб – ток 3I0, протекающий через ТТ защиты, для которой выбирается уставка;

3∙I0 з.см – ток 3I0, протекающий через ТТ защиты, с которой производится согласование;

 – ток срабатывания защиты первой или второй ступени защиты смежной линии.

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

                                           .                                                    (6)

Выбор уставок 3-ой ступени 3I0> T3I0> (ступень максимального тока). Отстройка от тока небаланса в нулевом проводе ТТ при внешних замыкания между тремя фазами, если выдержка врени этой ступени равна или меньше, чем у защиты от замыканий между фазами на поврежденном элементе. Ток срабатывания третьей ступени вычисляется по формуле:

                                   .

                  (7)

 

2.3 Построение карты селективности

 

Карта селективности показана для токовой защиты нулевой последовательности на рисунке 2.

           

  

Рисунок 2 - Карта селективности

 

Построение характеристики дистанционной защиты.

В общем случае многоугольник характеристик представляет собой параллелограмм, задаваемый отрезками по осям координат R и X, а также углом наклона jЛ , близким к характеристическому углу линии arctg Xл/Rл.

Сектор нагрузки с параметрами Rнагр. и jнагр. может вырезать из многоугольников характеристик область сопротивления нагрузки. Задаваемые параметры jЛ, Rнагр., jнагр. - для всех зон одинаковы. Rнагр. и jнагр. задаются отдельно для контуров «фаза-земля» и «фаза-фаза».

При этом следует учитывать диапазон задаваемых значений, согласно [5]:

jЛ                            -   30¸89°;

Rнагр.                      -   0,10¸250 Ом;

jнагр.             -   20¸60°.

 

 

Рисунок 3 - Полигональные характеристики зон срабатывания

 

2.4 Схема вторичных соединений релейной защиты

 

          На рисунках 4, 5, 6 показан пример привязки цифрового терминала на базе терминала «Сириус ВЛ».

 

 

 

 

Рисунок 4

 

 

Рисунок 5

 

Рисунок 6

 

Список литературы

 

1. Александров А.М. Обзор руководящих материалов по релейной защите РАО «ЕЭС России» за 1990-1999 год. Учебное пособие.-СПб., 2000.

2. Аржанников Е.А., Чухин А.М. Методы и приборы определения мест повреждения на линиях электропередачи.-М.:НПФ «Энергопрогрэс», 1998.

3. Степанов Ю.А., Степанов Д.Ю. Повышение надежности работы электрооборудования на основе совершенствования теоретического материала.-Самара, 2002.

4. Чернобровов Н.В., В.А. Семенов. Релейная защита энергетических систем.-М.: Энергоатомиздат,1998. 

5. Шнеерсон Э.М. Цифровая релейная защита.-М.:Энергоатомиздат,  2007.

6. Расчеты токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики в сетях 110-750 кВ. Руководящие указания по релейной защите.-М.: Энергия , 1979.

7. Воздушные линии электропередачи напряжением 6-750кВ. Инструкция по определению мест повреждения. ГКД 34.20.562-96.-Киев, 1996.

8. Рекомендации по выбору защит электротехнического оборудования с использованием микропроцессорных устройств концерна ALSTOM.-Киев, 2000.

9. Каталоги и информационные материалы фирм – производителей аппаратуры: ABB, ALSTOM, GE, SIEMENS, Merlin Gerin и др.

10. Технические описания и заводские инструкции по эксплуатации устройств РЗА и выключателей.

 

Сводный план 2011 г., поз. 79