Расчет релейной защиты линий 10 кВ

Защита линий выполнена при помощи цифровых терминалов «Сириус Л», установленных в шкафу КРУ-10 кВ существующего ЗРУ. В них используются следующие защиты: токовая отсечка, максимальная токовая защита в трехфазном исполнении с действием на отключение, защита от замыканий на землю и защита от перегрузки. В высоковольтной ячейке ЗРУ установлены трансформаторы тока в трех фазах марки ARJP2/N2 JSR 100/5 и трансформатор тока нулевой последовательности CSH 120.

Расчет выполним по [10].

Максимальная токовая защита. Ток срабатывания защиты выбирается из несрабатывания при максимальном рабочем токе с учетом самозапуска:

, А,                          (8.1)

где k_н - коэффициент надежности несрабатывания защиты, принимаем k_н =1,2;

k_в - коэффициент возврата; для «Сириус» k_в = 0,95;

k_сзп - коэффициент самозапуска нагрузки, учитывает возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения К.З принимаем k_сзп =1,5;

I_н.т- номинальный ток трансформатора равный:

;

.I_сзМТЗ.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при К.З. в конце защищаемого участка К_ч>1,5, а при К.З. в конце резервируемого участка К_ч>1,2. Коэффициент чувствительности защиты:

,                                 (8.2)

где I⁽²⁾_к,min – минимальный ток двухфазного короткого замыкания в конце защищаемой линии.

Вторичный ток срабатывания для ввода в «Сириус» определяется из выражения:

 , А,                     (8.3)

где k_т - коэффициент трансформации трансформатора тока;

k_сх - коэффициент схемы, зависит от способа соединения трансформаторов тока и имеет значения 1 - при соединении в полную и неполную звезду и - при включении реле на разность токов двух фаз.

.

Избирательность защиты при независимой характеристике обеспечивается выбором выдержки времени по условию:

 t_с.з.МТЗ = t_{с.з.пред} + ∆t, с,                     (8.4)

где ∆t - ступень селективности, 0,1-0,3;

t_{с.з.пред} – время срабатывания защиты предыдущей ступени в нашем случае это время перегорания плавких вставок предохранителей в конце линий 10 кВ, определяем по время-токовой характеристике предохранителя

t_пл.вст. = 0,25 с при токе

I_р.пл.= 0,8· I⁽²⁾_к2/1,2, А;              (8.5)

I_р.пл.= 0,8∙840/1,2=560 А.

По времятоковой характеристике определяем время плавления при двухфазном КЗ за трансформатором.

t_с.з.МТЗ = 0,6+0,25=0,85 с;

t_с.з.МТЗ = 0,85c >t_пл.вст. = 0,6 с.

Селективность действия защит выполняется.

Токовая отсечка:

 Отстройка от токов КЗ вне защищаемой зоны:

I_с.о.= k_н· I⁽³⁾_кз , А,                       (8.6)

где k_н – коэффициент надежности, k_н =1,2;        

I⁽³⁾_кз – максимальный ток трехфазного короткого замыкания на шинах 0,4 кВ КТП (таблица Г.1 ПРИЛОЖЕНИЕ Г) приведенный к напряжению 10,5 кВ.

I_с.о. = 1,2· 1336 = 1603 А.

Отстройка от токов намагничивания трансформаторов установленных в линии:

I_с.о.  =k_н · SI_тр , А,                        (8.7)

где k_н – коэффициент надежности, k_н =5;

ƩI_тр  - суммарный ток трансформаторов установленных в линии.

I_с.о. = 5· 57,7 = 289 А.

Принимаем большее значение – 1603 А.

Вторичный ток срабатывания для ввода в «Сириус» согласно (8.3):

Чувствительность отсечки к минимальному току к.з. в месте установки защиты:

 ,                           (8.8)

где I⁽²⁾_к,min – минимальный ток короткого замыкания в начале защищаемой линии, берем изтаблицы 6.1 раздела 6;

Условие выполняется.

Время срабатывания защиты при независимой характеристике принимаем 0,05 с.

Защита от перегрузки.

Ток срабатывания защиты:

, А;                                   (8.9)

Время срабатывания защиты от перегрузки при независимой характеристике принимаем 10 с.

Защита от замыканий на землю.

Ток срабатывания защиты:

I_с.з.з.з = k_отс ×k_б×I_с.к , А,                             (8.10)

где k_отс – коэффициент отстройки k_отс=1,2;

k_б – коэффициент броска k_б=1,3;

 – ток кабельной линии, А.

, А,                                     (8.11)

где l – длина кабельной линии, км.

;

I_с.з.з.з = 1,2× 1,3 × 0,3 = 0,47 А.

Принимаем I_с.з.з.з= 0,5 А.

Время срабатывания защиты З.З. при независимой характеристике принимаем 0,05 с.

Расчетные данные уставок вводятся в блок «Сириус» с переносного пульта или по линии связи. Цифровые реле Сириус имеют плавную регулировку токов срабатывания (уставок).

Проверим на допустимую 10% погрешность трансформаторы тока. Проверка на допустимую погрешность осуществляется следующим образом. Определяем коэффициент предельной кратности:

,                                       (8.12)

где  - первичный ток трансформаторов тока, А.

По кривым предельной кратности для выбранного типа ТТARJP2/N2 JSR по [10] найдем допустимое сопротивление нагрузки Z_доп = 0,55 Ом.

Для нашего примера:

 , Ом,                 (8.13)

где R_пр – расчетное сопротивление соединительных проводов схемы, Ом;

R_пер – переходное сопротивление контактов, Ом;

Z_сум – суммарное расчетное сопротивление блока «Сириус»                 Z_сум=0,015 Ом.

Расчётное сопротивление проводов принимаем: R_пр =0,05 Ом.

Расчётное сопротивление контактов принимаем:R_пер =0,1 Ом.

Z_расч  = 2 · 0,05 + 0,1 + 0,015 = 0,215 <0,55 Ом,

следовательно, полная погрешность ТТe< 10%, что и требуется для правильного функционирования защит.

8.2 Расчет защиты трансформаторов 10/0,4 кВ

Для защиты трансформаторов применяются предохранители серии ПКТ-10, которые устанавливаются в ячейку выключателя нагрузки марки ВНА П–10/630-20_зУ3

Условия выбора предохранителя [10]:

                         U_ном =U_сети, В;                            (8.14)

                                  I_ном ≥ 2 · I_н.тр, А,                         (8.15)

где 2 - коэффициент отстройки от броска тока намагничивания трансформатора.

I_ном = 2·57,7=115 А.

Согласно рекомендаций [10] выбираем предохранитель ПКТ-104-10-160-50У3: U_ном=10кВ, I_{ном пр.}=160 А, I_{ном пл.в.}=160 А, I_{откл.ном}=50 кА.

По времятоковой характеристике [10] определяем время плавления при двухфазном КЗ за трансформаторомt_пл.вст. = 0,25 с при:

I_р.пл.= 0,86· I⁽²⁾_к2/1,2, А;

I_р.пл.= 0,8∙840/1,2=560 А.

Известно, что отклонения ожидаемого тока плавления плавкого элемента при заданном времени плавления от типовых значений достигают 20%. Поэтому типовая характеристика должна быть смещена вправо на 20%. Согласно полученных данных выполняем карту селективности защит сети 10 кВ представленной в приложении И.

8.3 Расчет автоматического ввода резерва-0,4 кВ

Автоматический ввод резерва (АВР) — важное звено в системе поддержания электроснабжения потребителей при исчезновении питания. Предлагаемый вариант схемы с использованием трех источников энергии и двух секций нагрузки – АВР «3 в 2» позволяет реализовать надежный, понятный, ремонтопригодный АВР на базе стандартных блоков управления: БУАВР.ЭА.220.12/24.Т [8]и БУАВР.С.220.12/24.Т[9].

Установленная схема АВР «3 в 2» учитывает все возможные варианты работы. Решение не требует дополнительных знаний по программированию контроллеров, а также не вызывает сложностей в пусконаладке и последующей эксплуатации. Эта схема проста, надежна и ремонтопригодна.

Если рассмотреть основные режимы работы схемы, то можно выделить режим питания нагрузок секций от сетевых источников и режим питания всей нагрузки от ЭА. По сути, эти два режима независимы и каждый при своей активности должен блокировать работу другого. Поэтому целесообразно рассмотреть работу схемы «3 в 2» как комбинацию схем «2 в 2» и «2 в 1 ЭА».

Итак, схема «2 в 2» – это два независимых сетевых источника, две секции нагрузки, соединенные секционным выключателем. В нормальном режиме каждый сетевой источник питает свою секцию, а в аварийном обе секции получают питание только от одного сетевого источника.

Схема «2 в 1 ЭА» – это один сетевой источник, один автономный ЭА, например дизель-генераторная установка (ДГУ), одна нагрузка, которая получает в нормальном режиме питание от сетевого источника, а в аварийном от ЭА. На рисунке Ж.1 ПРИЛОЖЕНИЯ Ж представлен фрагмент принципиальной схемы подключения блоков управления АВР. Блок управления АВР1 «2 в 2» контролирует параметры напряжения на сетевых вводах трансформаторов Т1 и Т2. По параметрам этих напряжений в соответствии с логикой, заложенной в программе АВР, этот блок управляет вводными автоматическими выключателями QF1, QF2 и секционным автоматическим выключателем QF3.

Блок управления АВР2 «2 в 1 ЭА» контролирует параметры напряжения на одном из сетевых вводов трансформаторов Т1 и Т2. Сетевое напряжение подается от мини-АВР, реализованного на механически сблокированных промежуточных контакторах 1К1 и 1К2.

Контакторы управляются с помощью реле выбора фаз РВФ (ПРИЛОЖЕНИЕ Ж, рисунок Ж.1). На вход этого реле подаются три фазных напряжения, на выходе всегда одна из фаз. Приоритетом является первая фаза (через К1). Если она пропадает, то подключается вторая (через К2), если пропадает и вторая, то подключается третья фаза (через К3).

Катушки управления промежуточных контакторов 1К1, 1К2 управляются с помощью релейных выходов К1 и К2. На рынке представлено множество устройств, реализующих функции РВФ. Основное их назначение – быстрое переключение фаз (время переключения различно у производителей).

Кроме того, в схеме присутствует источник бесперебойного питания (ИБП) на 500 ВА (ПРИЛОЖЕНИЕ Ж, рисунок Ж.1) для управления схемой АВР на момент запуска ЭА при полной потере сетевых вводов. Его можно оперативно отключить посредством байпасного выключателя нагрузки QS3 и при необходимости заменить аккумуляторные батареи.

Таким образом, блок АВР2 не участвует в работе общей схемы, пока есть качественное напряжение хотя бы на одном сетевом вводе. Если напряжение пропадает на обоих сетевых вводах, то блок АВР2 подает сигнал на отключение вводных автоматических выключателей QF1, QF2, затем формирует команду на запуск ЭА и при выходе параметров напряжения на зажимах ЭА на номинальные значения включает автоматические выключатели QF3 и QF4. При необходимости, одновременно с их включением можно сформировать сигнал на отключение части нагрузок секций 1 и 2. Для этого автоматические выключатели отходящих линий секций 1 и 2 должны быть снабжены независимыми расцепителями или моторными приводами.

Задание уставок производится с помощью 6-ти переключателей на передней панели БУАВР.С.220.12/24.Т [9]:

Диапазоны регулировки уставок по напряжению отключения:

1) от ввода 1 при понижении напряжения в фазе, U_мин1 (65-98)%U_ном; 

2) от ввода 2 при понижении напряжения в фазе, U_мин2 (65-98)%U_ном; 

3) от ввода 1, ввода 2 при повышении напряжения в фазах, U_макс(102-135)% U_ном.

Диапазоны регулировки уставок выдержки времени:

4) задержка отключения, перед отключением от основного ввода при отклонении параметров сети на данном вводе за допустимые границы,

t _{зад.откл.}(0,1-30) с;

5) время восстановления, после восстановления напряжения на основном вводе, перед отключением резервного ввода, t _восст. (0,1-300)с;

6) задержки включения, после отключения от основного (резервного) ввода перед переключением на резервный (основной), t _{зад.вкл.}(0,1-300)с.

Задание уставок на БУАВР.ЭА.220.12/24.Т производится также [8].

Диапазоны регулировки уставок по напряжению отключения:

1) от ввода 1,2, ввода 3 при понижении напряжения в фазе, U_мин(65-98)%U_ном; 

2) от ввода 1,2, ввода 3 при повышении напряжения в фазах, U_макс(102-135)%U_ном.

Диапазоны регулировки уставок выдержки времени:

3) задержка отключения, перед отключением от основного ввода при отклонении параметров сети на данном вводе за допустимые границы, t _{зад.откл.} (0,1-30)с;

4) время восстановления, после восстановления напряжения на основном вводе, перед отключением резервного ввода, t _восст.(10-300)с;

5) запуска, при первоначальном включении БУАВР, перед подключением нагрузки к вводу 1,2; после запуска, перед нагружением ЭА а также перед автоматическим повторным включением (АПВ) электроагрегата, t _зап.(1-100)с;

6) охлаждения ЭА, после разгрузки, перед остановом ЭА, t _охл. (1-200)с.

Для обеспечения надежности работы схемы выберем следующие уставки:

БУАВР.С.220.12/24.Т:

1) U_мин1= 0,9 · 380 = 242 В (90%);

2) U_мин2 = 0,9 · 380 = 242 В (90%);

3) U_макс= 1,1 · 380 = 418 В (110%);

4) t_ЗО = 3c;

5) t_ВОССТ = 3c;

6) t_ЗВ = 1c.

БУАВР.ЭА.220.12/24.Т:

1) U_мин = 0,9 · 380 = 242 В (90%);

2) U_макс = 1,1 · 380 = 418 В (110%);

3) t_ЗО = 3c;

4) t_ВОССТ = 10 c;

5) t_ЗАП = 5c;

6) t_ОХЛ = 20 c.

По выбранным уставкам составим временную характеристику работы АВР-0,4 кВ изображенную на рисунке Ж.2 ПРИЛОЖЕНИЯ Ж.