2 Методические указания к расчету дистанционной защиты линии

 Расчет приведен для дистанционной защиты линии Л2 (защита А).

Исходные данные:

S_{КЗ.С1.МАХ} = 1187 МВА; S_КЗ.С1.MIN = 993 МВА;

S_{КЗ.С2.МАХ} = 1089 МВА; S_КЗ.С2.MIN = 926 МВА;

Л1: 13,5 км; Х_1УД = 0,36 Ом/км;

Л2: 19,2 км; Х_1УД = 0,41 Ом/км;

Л3: 27,7 км; Х_1УД = 0,39 Ом/км;

Л4: 22,9 км; Х_1УД = 0,37 Ом/км;

Л5: 9,5 км; Х_1УД = 0,38 Ом/км;

Т2: S_НОМ.ТР. = 10 МВА; U_{КЗ.(+РПН)} = 8,27% .

I_{РАБ.МАХ} = 555 А, φ_РАБ = 31⁰ φ_МЧ = 83⁰.

 

2.1 Расчет параметров схемы замещения

Расчет можно провести 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 = 115 кВ. 

Фазное напряжение систем

Е_С1.Ф. = U_С1  U_БАЗ / ( 3  U_СР ) = 115  115 / 3  115 = 66,40 кВ

где U_С1 – заданное напряжение системы 1 (примем U_С1 = 115 кВ);

U_СР = 115 кВ – среднее напряжение элемента (системы 1);

Е_С2.Ф. = 66,40 кВ. 

Х_С1.МАХ = U_БАЗ² / S_{КЗ.С1.МАХ} = 115² / 1187 = 11,14 Ом.

Х_С1.MIN = U_БАЗ² / S_КЗ.С1.MIN = 115² / 993 = 13,32 Ом. 

Х_С2.МАХ = U_БАЗ² / S_{КЗ.С2.МАХ} = 115² / 1089 = 12,14 Ом.

Х_С2.MIN = U_БАЗ² / S_КЗ.С2.MIN = 115² / 926 = 14,28 Ом. 

Х_Л1 = Х_1УД  L  U_БАЗ² / U_СР² = 0,36  13,5  115² / 115² = 4,86 Ом,

Х_Л2 = 0,41  19,2  115² / 115² = 7,87 Ом,

Х_Л3 = 0,39  27,7  115² / 115² = 10,80 Ом,

Х_Л4 = 0,37  22,9  115² / 115² = 8,47 Ом,

Х_Л5 = 0,38  9,5  115² / 115² = 3,61 Ом

где U_СР = 115 кВ – среднее напряжение линии.

 

Х_{Т2 (+РПН)} = U_{КЗ.(+РПН)}  U_БАЗ² _(+РПН)² / (100  S_НОМ.ТР.)

где _(+РПН) – коэффициент учитывающий положение РПН (+16 %).

_(+РПН) = 1- U_РПН = 1 – 0,16 = 0,84

где U_РПН = 0,16 – полдиапазона регулирования РПН.

Х_Т2(+РПН) = U_{КЗ.(+РПН)}  U_БАЗ² _(+РПН)² / (100  S_НОМ.ТР.) =

= 8,27  115²  0,84² / (100  10) = 77,17 Ом.

 

Схема замещения приведена на рисунке 2.

 

Рисунок 2

 

2.2 Расчет первичных сопротивлений дистанционной защиты

В расчетах дистанционных защит используют полные сопротивления Z, но в данной расчетно-графической работе вместо полных сопротивлений можно использовать реактивные Х, так как в сетях выше 1000 В активные сопротивления значительно меньше реактивных. 

2.2.1 Расчет сопротивления первой ступени

Сопротивление первой ступени выбирается из условия отстройки от 3-ф КЗ на шинах противоположной подстанции, в данном случае ток КЗ не рассчитывается, а используется сопротивление линии Л2

Z^I_Л2 = Z_Л2 / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л2 = 0,85  7,87 = 6,69 Ом

где  = 0,05 – коэффициент учитывающий погрешность трансформаторов напряжения и реле сопротивления,  = 0,1 – коэффициент учитывающий погрешность расчетов первичных электрических величин.

Первая ступень работает без выдержки времени. 

2.2.2 Расчет сопротивления второй ступени

Вторая ступень должна согласовываться с быстродействующими защитами смежных присоединений линии Л2, то есть имеется три условия:

1) первая ступень дистанционной защиты линии Л3 – Z^I_Л3 ;

2) первая ступень дистанционной защиты линии Л5 – Z^I_Л5 ;

3) релейная защита трансформатора Т2. 

По первому условию необходимо рассчитать сопротивление первой ступени линии Л3

Z^I_Л3 = Z_Л3 / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л3 = 0,85  10,80 = 9,18 Ом.

Вторая ступень линии Л2

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + (1 – )  Z^I_Л3 / К_Т.Л3) / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л2 + 0,66  Z_Л3 / К_Т.Л3

где  = 0,1 – коэффициент учитывающий погрешность трансформаторов тока;

К_Т.Л3 – коэффициент токораспределения.

Коэффициент токораспределения К_Т.Л3 учитывает влияние возможной подпитки тока КЗ на смежной линии Л3.

К_Т.Л3 = I_I / I₃

где I_I и I₃ – токи КЗ протекающие через комплекты защит линий Л2 и Л3 соответственно, точка КЗ в конце линии Л3 (смотреть рисунок 3), при максимальном режиме энергосистемы.

 

Рисунок 3

 

Для нахождения токов I_I и I₃ составляем требуемую схему в программе-симуляторе, амперметры устанавливаем в местах расположения защит линий Л2 и Л3 (смотреть рисунок 4).

 

66,40

I3

1,915 к

1,915 к

66,40

Рисунок 4

 

К_Т.Л3 = I_I / I₃ = 1,915 / 1,915 = 1

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + (1 – )  Z^I_Л3 / К_Т.Л3) / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л2 + 0,66  Z_Л3 / К_Т.Л3 =

= 0,85  7,87 + 0,66  10,80 / 1 = 13,82 Ом. 

         По второму условию необходимо рассчитать сопротивление первой ступени линии Л5

Z^I_Л5 = Z_Л5 / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л5 = 0,85  3,61 = 3,07 Ом.

Вторая ступень линии Л2

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + (1 – )  Z^I_Л5 / К_Т.Л5) / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л2 + 0,66  Z_Л5 / К_Т.Л5 .

Коэффициент токораспределения К_Т.Л5 учитывает влияние возможной подпитки тока КЗ на смежной линии Л5.

К_Т.Л5 = I_I / I₅ ,

где I_I и I₅ – токи КЗ протекающие через комплекты защит линий Л2 и Л5 соответственно, точка КЗ в конце линии Л5 (смотреть рисунок 5), при максимальном режиме энергосистемы.

 

Рисунок 5

 

         Для нахождения токов I_I и I₅ составляем требуемую схему в программе-симуляторе, амперметры устанавливаем в местах расположения защит линий Л2 и Л5 (смотреть рисунок 6).

 

66,40 kV

I5

3,866 к

2,197 к

66,40

Рисунок 6

 

К_Т.Л5 = I_I / I₅ = 2,197 / 3,866 = 0,57

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + (1 – )  Z^I_Л5 / К_Т.Л5) / (1 +  + ) = 0,85  Z_Л2 + 0,66  Z_Л5 / К_Т.Л5 =

= 0,85  7,87 + 0,66  3,61 / 0,57 = 10,87 Ом.

 

         По третьему условию вторая ступень защиты линии Л2 отстраивается от КЗ за трансформатором Т2 на шинах 10 кВ

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + Z_ТР2 / К_Т.ТР.2) / (1 +  + ) = 0,85  (Z_Л2 + Z_ТР2 / К_Т.ТР.2).

Коэффициент токораспределения К_Т.ТР.2 учитывает влияние возможной подпитки тока КЗ за трансформатором Т2.

К_Т.ТР.2 = I_I / I_ТР.2

где I_I и I_ТР.2 – токи КЗ протекающие через комплекты защит линии Л2 и трансформатора Т2 соответственно, точка КЗ за трансформатором Т2 (смотреть рисунок 7), при максимальном режиме энергосистемы.

 

Рисунок 7

 

         Для нахождения токов I_I и I_ТР.2 составляем требуемую схему в программе-симуляторе, амперметры устанавливаем в местах расположения защит линии Л2 и трансформатора Т2 (смотреть рисунок 8).

 

66,40 kV

Itr.2

731,5

415,8

66,40 kV

Рисунок 8

 

К_Т.ТР.2 = I_I / I_ТР.2 = 415,8 / 731,5 = 0,57

Z^II_Л2 = (Z_Л2 + Z_ТР2 / К_Т.ТР.2) / (1 +  + ) = 0,85  (Z_Л2 + Z_ТР2 / К_Т.ТР.2) =

= 0,85 × (7,87 + 77,17 / 0,57) = 121,77 Ом.

 

         Из трех условий выбираем наименьшее сопротивление

Z^II_Л2 = 10,87 Ом.

 

         Проверка чувствительности второй ступени защиты линии Л2

К_Ч = Z^II_Л2 / Z_Л2 = 10,87 / 7,87 = 1,38 > 1,25

Значение сопротивления второй ступени удовлетворяет требованиям по чувствительности.

 

Выдержка времени второй ступени принимается равной ступени селективности

t^II_Л2 = t.

Обычно t  0,35  0,5 с.