Задача 15.2.6

ООО «Научно-производственное предприятие Селект»
Лекционный курс
по программе повышения квалификации
«Выбор уставок и обслуживание устройств релейной
защиты и автоматики »
Методики расчёта параметров срабатывания
микропроцессорных устройств релейной защиты и
автоматики подстанционного оборудования
110-750 кВ
Лектор: Шалимов А.С.,
ведущий инженер
Чебоксары, 2013
Цели и задачи
Цель курса:
Обучение, курсы повышения квалификации и переподготовки
специалистов
электротехнических
предприятий,
учреждений
и
организаций энергетики типовым методикам расчёта параметров
срабатывания микропроцессорных (МП) устройств РЗА основного
электрооборудования подстанций (ПС) 110-750 кВ и линий
электропередачи с односторонним питанием 110-330 кВ.
Задачи курса:
1. Рассмотреть функциональное описание РЗА объектов с учётом
возможностей современных МП аппаратов РЗА.
2. Проанализировать схемы привязки РЗА объектов.
3. Изучить методические указания по выбору параметров срабатывания
МП устройств РЗА.
4. Практическая работа с методиками расчёта уставок.
2
Содержание учебного курса
1.
РЗА линий электропередачи с односторонним питанием 110-330 кВ
2.
РЗА трансформаторов 110-220 кВ
3.
РЗА автотрансформаторов 220-750 кВ
4.
РЗА шунтирующих реакторов 110-750 кВ
5.
Дифференциальная защита шин 110-750 кВ
6.
РЗА управляемых шунтирующих реакторов 110-750 кВ
7.
РЗА батарей статических конденсаторов 110-330 кВ
3
1.1 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним
питанием (тупиковых) 110-330 кВ
Рассматриваемые функции РЗА:
- Дистанционная защита от всех видов КЗ (ANSI 21, 21N);
- Токовая защита нулевой последовательности (ANSI 50, 67N);
- Максимальная токовая защита (аварийная или резервная, ANSI 50, 50N);
- Устройство резервирования при отказе выключателя (ANSI 50BF);
- Автоматическое повторное включение (ANSI 79).
4
1.2 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним
питанием (тупиковых) 110-330 кВ
5
1.3 Методика расчёта уставок РЗА ЛЭП с односторонним
питанием (тупиковых) 110-330 кВ
6
2.1 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ
Рассматриваемые функции РЗА:
- Дифференциальная защита трансформатора (ANSI 87T);
- Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке ВН
трансформатора (ANSI 87N);
- Дифференциальная защита ошиновки ВН трансформатора (ANSI 87B);
- Дифференциальная защита ошиновки на стороне НН трансформатора
(ANSI 87B);
- Максимальная токовая защита на стороне ВН/СН/НН трансформатора
(ANSI 50);
- Токовая защита обратной последовательности на стороне ВН/СН/НН
трансформатора (ANSI 46);
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне ВН
трансформатора (ANSI 50N);
- Устройство резервирования при отказе выключателя ВН/СН/НН;
- Токовая защита от перегрузки на стороне ВН/СН/НН (ANSI 49);
- Автоматическое
повторное
включение
выключателя
СН/НН
трансформатора (ANSI 79);
- Орган напряжения нулевой последовательности защиты от замыкания на
землю в сети СН/НН (ANSI 64, 59).
7
2.2 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ
Дифференциальная защита трансформатора (ANSI 87T)
Начальный ток срабатывания:
( I  DIFF )  1,5(0,1  U Р ЕГ)  I НОМ.О,
( I  DIFF )  (0,2  0,5  I РЕГ)  I НОМ.О,
( I  DIFF )  0,2  I НОМ.О.
Коэффициенты торможения:
SLOPE1 
I Т ОРМ.НАЧ 
0,375  1,5  K Т ОК  U РЕГ
.
1,85  K Т ОК  U РЕГ
I  DIFF 
.
SLOPE1
SLOPE2  0,5(о.е.)
I Т ОРМ.НАЧ(2)  5(о.е.)
Дифференциальная отсечка:
( I  DIFF )  6  7   I НОМ.O.
( I  DIFF )  I МАКС.ВНЕШ
8
2.3 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ
Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке ВН
трансформатора (ANSI 87N)
3I 0  I N ;
3I 0  I L1  I L 2  I L 3 ,
( I  REF )  1,5  I НОМ.C
SLOPE  0(о.е.)
Ток отключения: I ОТ КЛ | 3I 0 |
Ток торможения: I Т ОР М  k  | 3I 0  3I 0 |  | 3I 0  3I 0 |
9
2.4 Методика расчёта уставок РЗА трансформаторов 110-220 кВ
Дифференциальная токовая защита ошиновки на стороне ВН трансформатора
(ДЗО ВН), использующая характеристики стабилизации (торможения) (ANSI 87B)
( I  DIFF )  KОТСТ Р  I MAX.ДЛ.ДОП.  1,2  I MAX.ДЛ.ДОП.
SLOPE1 
3  f i  0,075
1,95  f i
87(SLOPE1) ≥ 0,5 (о.е.)
Дополнительное торможение:
87 B(I - ADD ON STAB)  2  I НАГР.МАКС.ШИН / I NObj (о.е.)
I НАГР.МАКС.ШИН  1,2  I НАГР.МАКС.ПРИС
TДОП.ТОРМ  ТСЗ.ПРИС  ТОТКЛ.ПРИС
Начальная точка 1 Ток дополнительного Угол наклона 1
торможения
Начальная точка 2
Угол наклона 2
Дифференциальная отсечка 87B (I-DIFF>>),
невозможности выбора критерия срабатывания.
не
определяется
ввиду
практической
10
3.1 Методика расчёта уставок РЗА
автотрансформаторов 220-750 кВ
Рассматриваемые функции РЗА:
- Дифференциальная защита АТ (ANSI 87Т);
- Ограниченная токовая защита от КЗ на землю в обмотке/на ошиновке
ВН/СН АТ (ANSI 87N);
- Дифференциальная защита ошиновки ВН/СН АТ (ANSI 87B);
- Дифференциальная защита ошиновки на стороне НН АТ (ANSI 87B);
- Контроль изоляции вводов ВН АТ 330-750 кВ;
- Дистанционная защита на стороне ВН/СН АТ;
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне ВН/СН АТ (ANSI
50N, 67N);
- Максимальная токовая защита на стороне ВН/СН/НН АТ (ANSI 50);
- Токовая защита обратной последовательности на стороне НН АТ (ANSI 46);
- Устройство резервирования при отказе выключателя ВН/СН/НН;
- Токовая защита от перегрузки на стороне ВН/СН/НН (ANSI 49);
- Автоматическое повторное включение выключателя ВН/СН/НН АТ);
- Функция контроля наличия/отсутствия и синхронизма напряжений шин
ВН/СН и АТ (ANSI 25);
- Орган напряжения нулевой последовательности защиты от замыкания на
землю в сети НН (ANSI 64, 59).
11
3.2 Методика расчёта уставок РЗА
автотрансформаторов 220-750 кВ
Дифференциальная защита автотрансформатора (ANSI 87T)
( I  DIFF )  1,5(0,1  U Р ЕГ)  I НОМ.О,
Коэффициент торможения
1) для варианта: автотрансформатор, работающий в продолжительном режиме средней загрузки
(порядка 50% от SНОМ АТ):
87T ( K торм1 ) 
3    0,075  1,5  K Т ОК  U РЕГ
.
1,95    K Т ОК  U РЕГ
При условии, что  0,1 :
87T ( Kторм1) 
0,375  1,5  K Т ОК  U РЕГ
.
1,85  K Т ОК  U РЕГ
2) для варианта: автотрансформатор, работающий в продолжительном режиме максимальной
загрузки (порядка 100% от SНОМ АТ).
87T ( Kторм1) 
1,5  (2    0,05  K Т ОК  U РЕГ )  K I  (0,1  U РЕГ )
,
1,95    K Т ОК  U РЕГ   K I  2
87T ( Kторм1) 
1,5  (0,25  K Т ОК  U РЕГ)  K I  (0,1  U РЕГ)
.
1,85  KТ ОК  U РЕГ   K I  2
12
3.3 Методика расчёта уставок РЗА
автотрансформаторов 220-750 кВ
Дифференциальная защита автотрансформатора (ANSI 87T)
I Т ОРМ.НАЧ  2  I NObj .
I Б.Т .Т ОР М1  2 
1,5  0,1  U Р ЕГ 
,
K Т ОР М
Параметры дополнительной (второй) характеристики торможения:
87T ( Kторм2)  0,5(о.е.)
I Т ОР М.НАЧ (2)  5(о.е.)
I Б.Т .Т ОРМ(2)  I Т ОР М.НАЧ(2) 
I ДИФ.1-2
,
Kторм2
I ДИФ.1-2  Kторм1 [ I Т ОР М.НАЧ (2)  I Б.Т .Т ОР М(1) ].
Дифференциальная отсечка:
87T ( I  DIFF )  7  I NObj ,
87T ( I  DIFF )  I NObj  (1/ U K ),
87T I  DIFF    I МАКС.ВНЕШ
13
3.4 Методика расчёта уставок РЗА
автотрансформаторов 220-750 кВ
Дистанционная направленная защита на стороне ВН (СН) АТ (ANSI 21, 21N)
ZL
Z
I L  K 0  3I 0
1
K0  
3
Z
U L1  U L 2
I L1  I L 2
Комбинированный пуск ДЗ:
 X 0  X 1 2  R0  R1 2
Угол K 0  arctan
R12  X 12
X 0  X1
X
 arctan 1
R0  R1
R1
 X

1 X
1 R
  0  1, Е   0  1.
 X
3  X1 
RL 3  R1
L

RЕ
14
3.5 Методика расчёта уставок РЗА
автотрансформаторов 220-750 кВ
Токовая направленная защита нулевой последовательности (ТЗНП) на стороне
ВН(СН) АТ (ANSI 50N, 67N)
Выбор уставок токовой защиты нулевой последовательности соответствует условиям и
принципам, изложенных в «Руководящих указаниях по релейной защите. Выпуск 13Б.
Релейная защита понижающих трансформаторов и АТ 110-500 кВ. Расчеты. – М.:
Энергия, 1985», с учетом особенностей выполнения токовой защиты от КЗ на землю в
микропроцессорных устройствах релейной защиты.
Например, несимметричные условия нагрузки в многосторонне заземленных сетях или
различные погрешности ТТ могут вызывать ток небаланса нулевой последовательности и
излишним срабатываниям ступеней ТЗНП с малыми значениями уставок по току срабатывания.
Чтобы этого избежать, ступени ТЗНП МП устройствах выполняют с торможением от величины
фазных токов.
15
4.1 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Рассматриваемые функции РЗА:
- Продольная дифференциальная защита реактора (ANSI 87R);
- Продольная дифференциальная защита реактора и ошиновки ВН (ANSI
87R&B);
- Дифференциальная защита ошиновки на стороне высоковольтных вводов
реактора (ANSI 87B);
- Поперечная дифференциальная защита реактора (ANSI 50);
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне высоковольтных
вводов реактора (ANSI 50N);
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне нейтрали реактора
(ANSI 50N);
- Максимальная токовая защита на стороне высоковольтных вводов реактора
(ANSI 50);
- Токовая защита обратной последовательности на стороне высоковольтных
вводов реактора (ANSI 46);
- Контроль изоляции вводов ВН реактра 330-750 кВ;
- Устройство резервирования при отказе выключателя реактора (ANSI 50BF);
- Защита минимального напряжения шин (автоматика ограничения снижения
напряжения, ANSI 27).
16
4.2 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Рассмотрены следующие возможности МП устройств:
- продольная дифференциальная защита реактора с применением функции
эффективного торможения током для отстройки от броска тока включения,
которая позволяет обеспечить лучшую чувствительность в диапазоне малых
токов КЗ, по сравнению с классической дифзащитой ШР (без токового
торможения), применяемой ранее;
87 R( I  DIFF )  K ОТС K ПЕР  K ОДН    f ВЫР  I НОМ ; 87 R( I  DIFF )  0,4  0,46 (о.е.)
87 R( I  DIFF )  K ОТС  K ОДН    f ВЫР  I НОМ ;
87 R( I  DIFF )  0,15 (о.е.)
17
4.3 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
- МТЗ и ТЗОП реактора для частичного резервирования быстродействующих защит от всех
видов КЗ и витковых замыканий в обмотке.
18
4.4 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Ток срабатывания ТЗОП выбирается по условию отстройки от тока небаланса в реакторе
при нарушении симметрии напряжений в сети высокого напряжения (ВН):
I CЗ  0,1  0,2  KU I НОМ.Р 0,135  0,27I НОМ.Р.
Выдержка времени ТЗОП на отключение и пуск УРОВ ШР:
TСЗ  Т СЗ.СМ.ПР  Т ЗАП.
Ток срабатывания МТЗ выбирается по условию отстройки от возможных перегрузок
реактора по току в симметричных режимах повышения напряжения в сети ВН:
I CЗ  K ОТС  KU I НОМ.Р 1,8 I НОМ.Р,
Выдержка времени МТЗ на отключение и пуск УРОВ ШР:
TСЗ  0,8  1,0 сек
Динамическая уставка МТЗ:
19
4.5 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
- четыре варианта реализации поперечной токовой дифзащиты реактора:
1) обычный (классический);
2) с применением дифференциального трансформатора тока (ДТФ);
3) с динамической коррекцией уставок при холодном пуске;
4) дифференциальной защиты с торможением;
Подключение комплектов ПДЗ c функцией
МТЗ к ТТ в расщеплённых обмотках ШР


'
''
50  2( I )  I CЗ1  K ОТС I НБ.МАКС.РА
СЧ  I НБ.МАКС.РАСЧ 


''
 K ОТС K ОДН  K ПЕР    I НБ
 0,5  3 I НОМ.Р
 1,5  0,5  2  0,05  0,1  0,5  3 I НОМ.Р 0,34 I НОМ.Р
Т СЗ I   0  0,1 с.
20
4.6 Методика расчёта уставок РЗА
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
'
''
''
50  1( I )  I CЗ2  K ОТ С I НБ.МАКС.Р
АСЧ  I НБ.МАКС.Р АСЧ   K ОТ С K ОДН    I НБ   0 ,5  K U I НОМ.Р
 1,50 ,5  0 ,05  0,1  0,5 1,35 I НОМ.Р 0,13 I НОМ.Р
Т СЗ
I
 0,5 с.
Временная диаграмма
работы МТЗ с динамической
коррекцией уставок:
21
5.1 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой
защиты шин 110-750 кВ
Рассматривается дифференциальная токовая защита шин 110-750 кВ в двух вариантах
исполнения:
1) централизованная;
2) децентрализованная.
Централизованная дифференциальная токовая защита одиночных секционированных
систем шин (трехфазная/однофазная):
- при трехфазном исполнении ДЗШ в каждом отдельном комплекте защиты шин измерение
(сравнение) трехфазных систем токов присоединений защищаемой секции шин производится
одним устройством (отдельное устройство для каждой секции шин);
- при однофазном исполнении ДЗШ, в каждом отдельном комплекте защиты шин
измерение (сравнение) одноименных фаз токов присоединений защищаемой секции шин
производится тремя устройствами (отдельное устройство для каждой фазы секции шин).
Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных
(секционированных) и двойных систем шин
Децентрализованная ДЗШ является интегрированной системой защиты секций или систем шин
(как правило 2 или 4, всего до 12 отдельных секций шин), включающей индивидуальные
устройства ДЗШ для каждого присоединения шин (до 48-ми ячеек), установленных, в основном,
в шкафах защиты присоединений и соединенных радиальными волоконно-оптическими связями
(локальная сеть ДЗШ) с центральным устройством (координатором) дифзащиты шин.
22
5.2 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой
защиты шин 110-750 кВ
Дифференциальная токовая защита шин 110-750 с присоединением ячеек без
изменения фиксации, использующая характеристики стабилизации
(торможения), ANSI 87В.
Возможности: до 7-12 ячеек (присоединения данной секции (системы) шин, имеющие
комплект (керн) измерительных ТТ для подключения в токовые цепи ДЗШ).
Расчёт
аналогичен
Т(АТ).
параметров
расчёту
ДЗО
Начальная точка 1 Ток дополнительного Угол наклона 1
торможения
Начальная точка 2
Угол наклона 2
23
5.3 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой
защиты шин 110-750 кВ
Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных
(секционированных) и двойных систем шин
Состав:
– центральный терминал,
– терминалы ячейки.
K

87 B( STAB FAC : BZ )  1,2   ob
4 K ob  1

87 B( Id  BZ )  0,5  I SCC MIN
87 B( Id  BZ )  1,2  I MAX LOAD
87 B( Id  BZ  EF )  0,7  I SCC MIN
24
5.4 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой
защиты шин 110-750 кВ
Децентрализованная дифференциальная токовая защита и УРОВ одиночных
(секционированных) и двойных систем шин
87 B( Is  BZ  EF )  1,05  I НАЧ ТОРМ .С .З
87 B(STAB FAC : CZ )  0,5
87 B( STAB FAC : CZ )  0,8  87 B( STAB FAC : CZ )
Характеристика срабатывания функции ДЗШ при КЗ на «землю»
(чувствительный орган ДЗШ):
25
5.5 Методика расчёта уставок дифференциальной токовой
защиты шин 110-750 кВ
Уставки УРОВ:
50( I  BF )  0,5  I SCC MIN
T  BF  1P  T  TRIP repeat ( XX 25 / CU )  TMIN TRIP (6106 / CU )  T
T  BF  mP  T  TRIP repeat ( XX 25 / CU )  TMIN TRIP (6106 / CU )  T
T  BF I   T  TRIP repeat ( XX 25 / CU )  TMIN TRIP (6106 / CU )  T
Характеристика срабатывания функции УРОВ:
26
6.1 Методика расчёта уставок РЗА управляемых
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Рассматривается МП РЗА, управляемых
подмагничиванием шунтирующих реакторов,
конструкция которых представляет собой
двухобмоточный трансформатор с возможным
расщеплением фаз первичной (сетевой)
обмотки, а также некоторыми другими
конструктивными особенностями.
РОДУ
– однофазная электромагнитная
часть реактора
СО
– сетевая обмотка
КО
– компенсационная обмотка
ОУ
– обмотка управления
ТМП
– трансформаторнопреобразовательный блок
ПП
–
полупроводниковые
трёхфазные преобразователи
САУ
– система автоматического
управления
УЗП
– устройство защиты от
перенапряжений
ДПТ
– датчик постоянного тока
TV
– трансформатор напряжения
TA
– трансформатор тока
27
6.2 Методика расчёта уставок РЗА управляемых
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Электромагнитная
схема
трехфазного
трехобмоточного УШР 220 – 750 кВ.
Эксплуатационные особенности УШР:
Напряжение КЗ U К  60  50 %
Величина броска тока включения  2  I НОМ
Система РЗА СО УШР аналогична
неуправлямых ШР.
ОУ и КО имеют свой состав защит.
РЗА
28
6.3 Методика расчёта уставок РЗА управляемых
шунтирующих реакторов 110-750 кВ
Дополнительные варианты исполнения поперечной дифзащиты сетевой
обмотки УШР
ПДЗР в общем комплекте с
ДЗР
ПДЗР
с
независимым
измерением токов
ПДЗР с ДТФ
29
7.1 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических
конденсаторов 110-330 кВ
Рассматриваемые функции РЗА:
- Продольная дифференциальная защита БСК (ANSI 87C);
- Продольная дифференциальная защита БСК и ошиновки ВН БСК (ANSI
87R&B);
- Дифференциальная защита ошиновки на стороне высоковольтных вводов
БСК (ANSI 87B);
- Дифференциальная защита нулевой последовательности БСК (ANSI 87N);
- Небалансная дифференциальная токовая защита БСК;
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне высоковольтных
вводов БСК (ANSI 50N);
- Токовая защита нулевой последовательности на стороне нейтрали БСК;
- Максимальная токовая защита на стороне высоковольтных вводов БСК;
- Токовая защита обратной последовательности на стороне высоковольтных
вводов БСК (ANSI 46);
- Устройство резервирования при отказе выключателя реактора (ANSI 50BF);
- Защита минимального напряжения шин (автоматика ограничения снижения
напряжения, ANSI 27);
- Защита от повышения напряжения шин (автоматика ограничения
повышения напряжения) ЗПН/АОПН (ANSI 59).
30
7.2 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических
конденсаторов 110-330 кВ
Конструкция БСК 110-330 кВ:
Схема единичного конденсатора:
C Б 1-4  
CФ 
M  C1
N
2  M  C1
2 N
, C1 
m  C0
 CБ 1-4  
n
,
M  m  C0
N n
.
31
7.3 Методика расчёта уставок РЗА батарей статических
конденсаторов 110-330 кВ
Ток батареи в переходном режиме включения:

WКЗ 

I ВКЛ.БСК  2  I НОМ.БСК KU 

Q
Н.БСК 

где
I НОМ.БСК 
  C Ф  U НОМ  10 3
– номинальный ток БСК, кА;
3
EC2
– трехфазная мощность КЗ на шинах, в месте установки БСК, МВА;
WКЗ 
XС  XР
2
QН.БСК    CФ U НОМ
10 6 – номинальная трехфазная мощность БСК, МВАр;
KU 
U Р АСЧ
3  n  U Н.К
- коэффициент загрузки конденсаторов по напряжению.
При наличии на ПС нескольких БСК, необходимо учитывать взаимное влияние
конденсаторных батарей, предварительно подключенных к шинам. В этом случае ток
определяется по формуле:
I ВКЛ 
где
X0 
C
2  U Р  С1
1

2
3  X 0  C0  C1  314   L0  Lp   C
1
– эквивалентное расчетное реактивное сопротивление ранее включенных БСК, Ом;
 C
C0  C1
.
C0  C1
32
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ