4. Защита линий электропередачи

4.1. Защиты линий электропередачи с односторонним питанием

На тупиковых линиях с односторонним питанием 110-220 кВ в курсовом проекте можно применять трехступенчатую токовую защиту: первая ступень – мгновенная токовая отсечка (МТО), вторая ступень – токовая отсечка с выдержкой времени (ТОВ), третья ступень – максимальная токовая защита (МТЗ). На линиях, работающих в блоке с трансформатором, рекомендуется применять двухступенчатую защиту (МТО, МТЗ). В зону действия МТО входит как сама ЛЭП, так и трансформатор.

4.1.1. Рекомендуемый порядок расчета параметров трехступенчатой токовой защиты.

Ток срабатывания МТО из условия несрабатывания при внешнем КЗ:

,

где - максимальный ток трехфазного КЗ в конце защищаемого элемента (на шинах подстанции в конце линии или за трансформатором, если линия работает с ним в блоке); .

Ток срабатывания ТОВ из условия отстройки от тока срабатывания МТО следующего смежного элемента:

,

где - максимальный ток трехфазного КЗ в конце зоны действия быстродействующей защиты смежного элемента.

Для точного расчета данного параметра необходимо определить точку, где заканчивается зона действия быстродействующей защиты каждого смежного элемента, и осуществить расчет тока при трехфазном КЗ в этой точке. Для снижения объема расчетов в курсовом проекте допускаются следующие приближения и упрощения:

• если смежный элемент – линия или трансформатор с установленной на нем МТО, то - ток срабатывания МТО данного смежного элемента ( );

• если смежный элемент – трансформатор с установленной на нем дифференциальной защитой, то - максимальный ток в линии при трехфазном КЗ за трансформатором ( ).

Если в конце защищаемой линии имеется несколько смежных элементов (как линий, так и трансформаторов), то производится отстройка от каждого из них и окончательно выбирается наибольшее из полученных значений тока срабатывания. Например, по схеме на рисунке 4.1 ток срабатывания ТОВ линии W1 должен быть отстроен по выражению от токов срабатывания МТО линий W2 и W3, которые определяются максимальными токами трехфазного КЗ в точках К1 и К3 соответственно, а также от максимального тока трехфазного КЗ за трансформатором Т1 (в точке К2).

Рис. 4.1. Определение тока срабатывания ТОВ линии W1

Время срабатывания ТОВ из условия отстройки от быстродействующей защиты смежного элемента:

.

Ток срабатывания МТЗ из условия несрабатывания в нагрузочных режимах после отключения внешнего КЗ:

,

где =1,15 – коэффициент отстройки; - коэффициент самозапуска; - коэффициент возврата реле; - максимальный рабочий ток, протекающий через защищаемый элемент.

Время срабатывания МТЗ из условия несрабатывания при внешних КЗ:

, где - максимальное время срабатывания МТЗ, выбранное из всех смежных последующих элементов; =0,5 с – ступень селективности.

Например, для схемы на рис. 4.2 время срабатывания МТЗ в головном участке линии W1 отстраивается от максимального времени срабатывания МТЗ, выбранного из всех смежных элементов (W2, W3, T1), в данном случае от МТЗ трансформатора Т1.

Оценка чувствительности МТО и ТОВ линии производится графическим способом (рисунок 4.3). Для этого строится кривая зависимости минимального тока двухфазного КЗ, протекающего через защиту от положения точки КЗ на этой линии (горизонтальная ось – расстояние от места установки защиты до места КЗ, вертикальная ось – ток, протекающий через защиту). Для построения кривой осуществляется расчет токов двухфазного КЗ в трех точках линии (начало, середина, конец линии). Расчет оформляется в виде таблицы. Затем в этих же осях строятся горизонтальные линии, соответствующие току срабатывания МТО и ТОВ. Точки пересечения кривой тока КЗ с соответствующими горизонтальными линиями определяют границы зон действия защит. Чувствительность считается достаточной, если длина зоны действия МТО не менее 20% длины линии, ТОВ – не менее 40%.

Рис. 4.2. Определение времени срабатывания МТЗ линии W1

Рис. 4.3. Определение чувствительности МТО и ТОВ ЛЭП

Чувствительность МТЗ линии оценивается коэффициентом чувствительности:

где - минимальный ток в месте установки МТЗ при двухфазном КЗ в конце защищаемой линии; - ток срабатывания МТЗ.

Если МТЗ не удовлетворяет условию чувствительности, необходимо применять МТЗ с пуском по напряжению.

Определяются токи срабатывания реле (уставки, выставляемые на токовых реле).

,

где - коэффициент схемы (для всех токовых защит ЛЭП 110-220 кВ принимается схема соединения трансформаторов тока «звезда»); - коэффициент трансформации трансформатора тока (ТТ).

При определении коэффициентов трансформации измерительных ТТ первичный ток выбирается по максимальному рабочему току линии, вторичный ток принимается равным 5А. Коэффициент трансформации должен быть выбран из стандартного ряда по справочникам. Следует иметь в виду, что токовые реле всех трех ступеней защит (МТО, ТОВ, МТЗ) подключаются к общим ТТ. Поэтому коэффициенты трансформации ТТ для всех ступеней защиты должны быть одинаковы. Существуют токовые реле с диапазоном уставок до 200 А, их можно применять для выполнения ступеней МТО и ТОВ. У ступени МТЗ уставка реле обычно значительно ниже.

Параметры срабатывания МТЗ с пуском по напряжению

Срабатывание защиты разрешается только, если одновременно с увеличением тока в месте установки защиты снижается напряжение ниже допустимого уровня. Для этого в защиту вводится дополнительно пусковой орган - минимальное реле напряжения.

Ток срабатывания из условия возврата в исходное положение при протекании нормального рабочего тока:

,

где - номинальный рабочий ток линии в режиме, когда все элементы сети находятся в работе.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения из условия отстройки от режима самозапуска двигателей нагрузки при действии АВР:

,

где - номинальное напряжение со стороны подключения пусковых органов напряжения.

Чувствительность по току оценивается по выражению .

Чувствительность по напряжению определяется коэффициентом чувствительности:

,

где - максимальное возможное значение остаточного междуфазного напряжения (кВ) в месте установки защиты при трехфазном КЗ в конце защищаемой линии, определяется по выражению , где - ток трехфазного КЗ (кА), протекающий через защиту в указанном режиме, - эквивалентное сопротивление (Ом) от точки КЗ до места установки защиты.

Остаточное напряжение должно определяться в режиме, когда сопротивление имеет максимальную возможную величину.